大采深軟巖大斷面硐室的復(fù)合型支護技術(shù)研究及應(yīng)用

董勤凱　蘇禮沖　何玉收（山東東山王樓煤礦有限公司，山東濟寧　272000）

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大采深軟巖大斷面硐室的復(fù)合型支護技術(shù)研究及應(yīng)用

董勤凱蘇禮沖何玉收
（山東東山王樓煤礦有限公司，山東濟寧272000）

【摘 要】近年來，深部巷道掘進與支護難題已成為影響煤炭深部資源開采的重要制約因素，探索研究深部巷道支護技術(shù)與對策將是軟巖巷道工程支護技術(shù)的發(fā)展方向。在本文中，主要結(jié)合大采深大斷面軟巖巷道根據(jù)軟弱圍巖性質(zhì)和深部地應(yīng)力等影響，巷道掘進后變形量大，一般支護方式根本無法滿足巷道布置設(shè)備所需尺寸，在返修困難的情況下，深入研究以更改巷道砌碹斷面形狀及碹體內(nèi)添置讓壓木塊以保證巷道成型，減少后期巷道開裂，通過本案例實踐，為該技術(shù)的應(yīng)用價值提供可靠依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】大采深大斷面讓壓木塊巷道成型

由于深部巷道地質(zhì)賦存條件的復(fù)雜性及受相鄰巷道或硐室的掘進擾動影響，巷道圍巖及支護結(jié)構(gòu)受力情況較為復(fù)雜，難以采用經(jīng)典力學(xué)理論準(zhǔn)確分析計算巷道圍巖變形和支護結(jié)構(gòu)受力的大小及分布規(guī)律，但是可以對深部巷道圍巖及支護結(jié)構(gòu)進行研究，適當(dāng)改變巷道斷面、支護參數(shù)等方案有效地采取相應(yīng)的巷道圍巖支護與加固措施，保證深部巷道圍巖與支護結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定與安全。

王樓煤礦位于濟寧煤田南部，礦井設(shè)計生產(chǎn)能力0.9Mt/a，礦井含水層富水性強，且煤層頂、底板多為、頁巖、泥巖，褶曲發(fā)育、斷層多，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，井下巷道埋藏較深，巖石松軟，多屬于不穩(wěn)定或極不穩(wěn)定類型軟巖巷道。本文結(jié)合山東能源臨沂集團王樓煤礦-1150m泵房進行探討研究大采深軟巖大斷面硐室的復(fù)合型支護技術(shù)。

1　遠場地壓

王樓煤礦泵房埋深1180m，按圍巖容重25KN/m3，則垂直地應(yīng)力為29.5MPa。根據(jù)目前巷道軟弱圍巖性質(zhì)和深部地應(yīng)力一般規(guī)律，可近初步認(rèn)為水平地應(yīng)力與垂直地應(yīng)力近似相等。

2　巖石水理性質(zhì)巖石強度測試與圍巖類型劃分

2.1巖石水理性質(zhì)

3上煤層頂板巖石粘土礦物含量為70.8%，高嶺石含量占粘土礦物總量的65%以上，圍巖遇水軟化崩解碎裂。3上煤層底板巖石粘土礦物含量為42.6%，高嶺石含量占粘土礦物總量的63%以上，遇水整體軟化表面有裂隙。3上煤層頂板巖石發(fā)生崩解碎裂，3上煤層底板巖石發(fā)生整體軟化表面有裂隙。

圖3.1　泵房可縮性鋼筋混凝土碹體支護圖

2.2-1150泵房圍巖綜合評估

根據(jù)3上煤頂?shù)装鍘r石性質(zhì)和深井軟巖巷道分類標(biāo)準(zhǔn)，位于3上煤層頂板中的泵房硐室屬于“極軟巖巷道”。泵房的煤層底板段可近似看作是“軟巖巷道”。-1150泵房埋深1180m，巷道穿過3上煤層。3上煤層頂板巖石單軸抗壓強度為14.5MPa，遇水崩解碎裂，煤層底板巖石單軸抗壓強度為28.9MPa，遇水整體軟化，表面裂隙發(fā)育。泵房作為深井軟巖巷道的特征，同時考慮車場的服務(wù)長期性和正常使用的穩(wěn)定性問題，支護盡可能一次成功，保證巷道長期穩(wěn)定，盡量不出現(xiàn)返修影響使用、增加返修成本及影響安全問題。

3　泵房支護方案設(shè)計及施工步驟

泵房支護方案設(shè)計如下：

巷道掘進初次支護方式為：巷道頂部及幫部均采用Ф22× 2500mm等強樹脂錨桿，錨桿間排距均為700×700mm，每根錨桿配1卷K2370樹脂錨固劑；金屬網(wǎng)采用Ф6mm鋼筋編制的網(wǎng)孔100× 100mm的經(jīng)緯網(wǎng)，零搭接直連。在巷道正頂及沿巷道中心線向兩側(cè)均勻布置1排錨索進行加強支護，錨索使用Φ22×8000mm低松弛鋼絞線，每根配2卷K2370樹脂錨固劑。噴射混凝土標(biāo)號C20，噴厚30mm。二次支護方式為鋼筋混凝土，砌碹厚度450mm。巷道支護斷面如圖3.1。

（1）泵房碹體結(jié)構(gòu)設(shè)計：支護采用“讓壓型鋼筋混凝土碹體+錨索加固”。混凝土碹體厚度450mm，混凝土強度設(shè)計為C30。混凝土內(nèi)摻入3%～5%的鋼纖維，碹體強度可提高15%以上。（2）泵房底拱：設(shè)計為三心拱型反底拱，反底拱寬4600mm，拱深2450mm。（3）鋼筋混凝土碹體施工工藝：第一步，在現(xiàn)有巷道開挖形狀基礎(chǔ)上，對巷道進行開幫臥底；第二步噴射30mm厚混凝土噴層；第三步，按照配筋情況彎制鋼筋，井下捆扎鋼筋，固定讓壓木條；第四步安裝模板；第五步澆筑鋼纖維混凝土并振搗。（4）錨索加固：碹體施工完畢，碹體肩部、兩幫和底腳處打錨索加固碹體，錨索規(guī)格Φ22×8000mm，間排距1300mm×1400mm。

4　結(jié)語

在混凝土碹體環(huán)向設(shè)置四個讓壓木條，可以起到變形緩沖的作用，由于鋼纖維阻滯基體混凝土的微裂紋的擴展，從而使其抗拉、抗彎、抗剪強度等較普通混凝土顯著提高。摻入鋼纖維的鋼筋混凝土物理性能比普通混凝土的物理性能有很大提高，抗壓、抗折強度提高比較明顯。

參考文獻：

［1］晏玉書.我國煤礦軟巖巷道圍巖控制技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［A］.何滿潮.中國煤礦軟巖巷道支護理論與實踐［C］.北京:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1996.1-17.