深井軟巖硐室圍巖加固技術(shù)與應(yīng)用

摘要：針對煤礦深度的增加，礦山壓力逐漸增大的情況，提出一種深部軟巖硐室圍巖加固技術(shù)方案，通過在新集一礦的實踐應(yīng)用，表明本加固技術(shù)能很好的適應(yīng)深部軟巖的各種變形特點，并對其加固機理進行分析，具有良好的經(jīng)濟效果，有一定的推廣應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：深井 軟巖硐室 加固技術(shù)

錨注支護我國原煤產(chǎn)量位于世界首位，但由于多年的開采，淺部易開采的煤炭資源日益減少，據(jù)統(tǒng)計表明中國立井開采深度正以每年8～12m的速度增加，東部礦井開采深度正以每年10～25m的速度發(fā)展，預(yù)計在未來20年內(nèi)我國多數(shù)煤礦將進入到1000～1500m的深度。深井開采最突出的問題是地壓大、地溫高。本文對新集一礦深井軟巖硐室巷道加固技術(shù)進行了實踐證明，并取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。

1、工程概況

新集一礦隸屬國投新集能源股份有限公司，位于安徽省淮南市鳳臺縣新集鎮(zhèn)，是一座大型現(xiàn)代化礦井。2011年計劃商品煤產(chǎn)量在280萬t，礦井服務(wù)年限60.1a。設(shè)計3個立井井筒，目前只有2個，新井筒正在建設(shè)中，井口設(shè)計標高＋20.000m，開采水平標高-450m，新井筒建設(shè)采用凍結(jié)法施工。新集一礦含煤地層為二疊系山西組和太原組，主采煤層平均埋深700～900m。井田內(nèi)斷層38條，落差大于20m的多達20條，背斜6組。井底車場及硐室處在6煤底板、泥巖中，巖性不均一，地質(zhì)條件較復(fù)雜，巖體組分變化大，存在構(gòu)造應(yīng)力且巷道斷面大。

2、支護方案及參數(shù)

2.1 井底車場巷道支護井底車場硐室等。斷面都較大，相互影響，加大了巷道和硐室圍巖中的應(yīng)力集中，加大了作用在支護結(jié)構(gòu)上的外荷載。故采用錨網(wǎng)噴一次支護，注漿二次支護方式。馬頭門、變電所及泵房等重要硐室加現(xiàn)澆鋼筋混凝土聯(lián)合支護。支護參數(shù)如下：(1)一次支護擴大斷面，巷道每側(cè)擴大100mm，拱頂擴大100mm；掘后先噴50mm混凝土，以封閉圍巖；錨桿采用?22×2500mm高強讓壓可變形錨桿，底部1塊速凝樹脂錨固劑錨固，外部砂漿全長錨固，錨桿間排距800×800mm；錨桿托盤采用高強讓壓可變形錨桿配套托盤；金屬網(wǎng)采用直徑為6mm12#鐵絲焊接的金屬網(wǎng)；初噴砼厚度50mm，以封閉圍巖；待掛網(wǎng)后再噴100mm厚混凝土，噴射砼強度等級C20；底板不穩(wěn)定有底臌傾向時，采用錨桿注漿加固，錨桿采用直徑22×1600mm高強度左旋螺紋錨桿，每斷面5根，排距0.8m；注漿錨桿采用直徑25×1400mm無縫鋼管，每斷面3根，排距1.6m與高強錨桿隔排交錯布置。(2)待巷道穩(wěn)定后(大約巷道施工15～20天后)實施錨注二次支護。注漿錨桿采用?25×2400mm無縫鋼管制作，錨桿端部扭成S狀，安裝時用1塊樹脂錨固劑錨固，錨桿間排距1600×1600mm；錨桿托盤采用熱軋扁鋼；注漿采用單液水泥漿，水泥采用525#普通硅酸鹽水泥，水灰比0.6m，摻水泥重量1.5%的UNF－4高效早強減水劑；注漿壓力2MPa，瞬時壓力＜3MPa。

2.2 副井馬頭門支護副井馬頭門屬井下大斷面重點工程，因馬頭門處于不穩(wěn)定圍巖中，馬頭門及連接部分采用高強度左旋錨桿＋錨索＋錨注＋噴射砼和澆灌鋼筋砼聯(lián)合支護體系加固。(1)高強讓壓可變形錨桿馬頭門斷面大，受力條件因地處群峒之中而變得更惡劣，且受力變化大應(yīng)力集中點多，因此錨桿選用?22×2500mm高強讓壓可變形錨桿；錨桿間距700～900mm；錨桿排距1600mm。(2)內(nèi)注漿錨桿馬頭門連接部分寬≥5.0m時注漿錨桿選用?25冷軋無縫鋼管，壁厚δ＝4～6mm，錨桿長度L＝2500mm，間距1600mm，每兩根高強超長錨桿間裝一根注漿錨桿，呈梅花形布置；錨桿排距1600mm。馬頭門及連接部分寬＜5m且＞4m 時，注漿錨桿選用=?25冷扎無縫鋼管，壁厚δ＝4～6mm，錨桿長2000mm，間距1600mm，排距B=1600mm。注漿錨托盤采用熱軋扁鋼B=100， δ =12制作。(3)注漿錨索馬頭門澆筑混凝土后，在拱基線以上施以注漿錨索加固，注漿錨索規(guī)格馬頭門連接部分寬≥5.0m時選?17.8×8000mm；馬頭門及連接部分寬＜5m且＞4m 時選?17.8×6500mm；間排距2500×3000mm。

3、實踐證明，通過采用錨桿注漿技術(shù)，目前井底車場除出現(xiàn)噴層開裂現(xiàn)象外，巷道斷面基本保持完好，加固效果在巖層破碎巷道尤為明顯。-700m水平中央泵房硐室出水處施以注漿以加固和堵水。現(xiàn)已達到砌碹永久支護的要求。由檢測數(shù)據(jù)得知，巷道在施工后1～2月內(nèi)變形基本保持穩(wěn)定，在副井馬頭門處錨桿錨索發(fā)揮著重要的作用，其他處錨桿錨索均有較大的強度儲備，能夠滿足后期各種巷道開挖造成的應(yīng)力重分布的要求。

4、機理分析深井巷道具地壓大、變形快，巖石自身承載能力低等特點，錨桿支護能狗很好解決這些問題，更加有效地提高了巷道的安全性，不僅縮短了工期，而且降低的經(jīng)濟成本。(1)錨桿支護不但起支護作用，而且在一定程度上提高了支護區(qū)域圍巖的強度、彈性模量、粘聚力和內(nèi)摩擦角等力學參數(shù)，改善了圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，增大圍巖自身承載能力，更好的解決了軟巖開采的問題。(2) 擴大斷面二次支護其機理在于當初始壓力大、變形量大時硬抗是困難的，第一次支護變形將卸掉部分應(yīng)力，膨脹量將大幅減少。二次錨注支護，將阻止圍巖繼續(xù)變形，即所謂“先讓后抗”機理，很好適應(yīng)變形持續(xù)時間長的特點。及時噴射混凝土層能有效地防止圍巖的風化，有利于巷道的穩(wěn)定。(3)采用錨網(wǎng)錨桿支護技術(shù)，人工將破碎帶鎖固成整體，形成一個再生自然拱，保證了圍巖的整體性和穩(wěn)定性。采用注漿技術(shù)，能夠有效地阻止水的滲透，防止軟巖遇水軟化，使巷道變形減少，節(jié)省了人力、物力，并取得了良好的經(jīng)濟效益。

5、結(jié)論

自轉(zhuǎn)入井底車場建設(shè)后，在局部出現(xiàn)的底鼓冒頂現(xiàn)象得到得了很好的控制，據(jù)檢測數(shù)據(jù)顯示巷道已經(jīng)進入穩(wěn)定階段。實踐表明支護技術(shù)能有效地釋放初壓，適應(yīng)軟巖巷道圍巖的變形特點。在軟泥巖、煤巷道掘進時，根據(jù)圍巖應(yīng)力大小，適當調(diào)整支護參材料和支護參數(shù)，在二次支護的基礎(chǔ)上外加錨索支護，能夠有效控制巷道支護效果，保證服務(wù)年限，以達到良好的支護目的。