千米深井大硐室群施工技術研究

摘 要：隨著礦井開采深度的不斷延伸，深部軟巖硐室群圍巖穩(wěn)定性控制已成為困擾國內(nèi)外工程界的難題。為了更好地控制大斷面硐室群圍巖變形破壞難題，結合口孜東礦中央水泵房硐室工程實例，通過現(xiàn)場工程地質(zhì)條件調(diào)查和理論分析，提出了口孜東礦中央水泵房硐室群“錨網(wǎng)索噴+滯后套36U型棚、注漿的復合支護和清盡煤底用泡沫板充填”支護技術，取得了切實有效的支護效果。

關鍵詞：千米深井；硐室群；復合支護；泡沫充填

隨著能源需求的日益增加，我國大部分礦井相繼進入深部開采，深井硐室群由于深部高應力的作用，巷道圍巖應力集中程度加劇，使得巷道需要反復進行修護而質(zhì)量不高，其支護更是深井的一大難題。研究表明[1]～[3]，深部硐室群變形破壞原因主要受三個方面的影響：高地應力、膨脹型粘土礦物含量及應力集中；采用的多種巷道支護形式中圍巖注漿加固為層次最高、支護效果最佳的支護形式。本文結合口孜東礦中央水泵房硐室群的支護問題就深部軟巖工程穩(wěn)定性控制進行探討。

1 工程簡要介紹

工程位于國投新集能源股份有限公司口孜東礦中央水泵房。中央水泵房硐室群由中央水泵房、配水井、吸水井及配水巷組成，其示意圖如圖1所示。施工時采取了相同的處理方案，現(xiàn)以中央水泵房施工為工程實例。中央水泵房設計長度為55m，掘進毛斷面達到54m2，巷道凈斷面為42.9m2；支護噴厚100mm，噴砼強度C20；墻部澆注厚度為500mm，砼強度為C40。

2 支護方式口孜東礦的實踐

礦井巷道的早期施工，采取應用多種方式進行支護，通過現(xiàn)場試驗，經(jīng)一段時間礦壓觀測，礦壓觀測數(shù)據(jù)表明，巷道一次支護后不進行錨注的情形下巷道將處在一個持續(xù)失穩(wěn)的狀態(tài)中，不斷地變形且變形量比較大。而巷道加以錨注以后巷道位移量明顯變小變少，經(jīng)過一段時間可以處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。進行套棚的巷道，巷道幫部位移能夠有效控制，可底鼓現(xiàn)象在井巷內(nèi)沒有得到改觀。如礦井中央水泵房這樣的大型機電中央水泵房，如果不能有效控制底鼓問題，將不可避免的造成機電事故，給礦井安全帶來威脅。

3 中央水泵房的施工

3.1 頂、幫支護

經(jīng)過實踐論證后，對深井巷道支護形式進行了總結，基于井底車場重車線所取得的成效，在礦井中央水泵房決定采取錨網(wǎng)索噴支護對掘進工作面進行一次支護，巷道成巷后二次支護間隔在一個月左右進行，采取套36U棚和注漿的復合支護形式對成型巷道進行二次支護，即“錨網(wǎng)索噴為一次支護+滯后30天內(nèi)進行二次支護套36U型棚、錨注”的復合支護技術。考慮到煤層的影響，將中央水泵房硐室整體移動，水泵房通道由51.95m縮短為45.78。其支護圖如圖2所示。

3.1.1 錨網(wǎng)索噴+圍巖加固注漿支護

采用錨桿類型為Ⅱ級高強螺紋鋼加工、左旋無縱筋專用，規(guī)格為Φ22×2500mm，采用錨索Φ21.8×8300mm鋼絞線，樹脂錨固劑采用Z2350型，噴層混凝土厚度為100mm，C20砼強度。錨注全斷面放在一次支護后20天進行，注漿順序為先幫后拱。底角注漿錨桿下扎角度30～45°，間排距為1600×1600mm。當水泥注漿量超過1.5T時（單孔），封孔采用水玻璃與水泥雙液漿，用水玻璃量是水泥重量的3～5%，濃度為45Be。注漿時要求終壓為3MPa。

3.1.2 架36U型棚+拱部充填注漿支護

巷道采用鋼棚36U型架棚，噴砼強度拱部等級為C20，150mm噴厚；結束后即進行中央水泵房墻部C40混凝土澆筑，厚500mm；要求中央水泵房拱部充填放在注漿噴漿結束后15天進行，控制注漿終壓在1～1.5MPa，采用1600mm錨注管，間排距3000×3000mm。

根據(jù)井下巷道礦壓觀測數(shù)據(jù)，為避免礦壓顯現(xiàn)強烈而造成的中央水泵房幫頂變形，以減少刷幫、二次套棚挑頂工程量的產(chǎn)生，掘進施工時中央水泵房，施工斷面在設計基礎上放大100～200mm。

3.2 柔性充填體控制底鼓

施工水泵基礎必須在中央水泵房頂幫復合支護結束后進行，因中央水泵房底板為煤，巷道內(nèi)采取全部挖除距底板以下3m以內(nèi)的煤層及煤層頂?shù)装宕嬖谀鄮r后，可以有效降低應力的集中程度，從而對巷道底鼓加以特別控制。采取措施為鋪一層C20混凝土在基礎部分底板及幫部面上，再對其進行注漿加固，技術參數(shù)、注漿材料的選取參照巷道第一次錨注使用的數(shù)據(jù)；采取呈“十”字型密鋪12#工字鋼放置在設備基礎下鋪設的200mm泡沫板上，12號工字鋼按設計鋪設后，再鋪設δ1.5mm雙層塑料板與δ100mm泡沫板在設備基礎四周，利用泡沫板的彈性充分減弱底板積蓄和釋放彈性能的能力，防止圍巖因為注漿的產(chǎn)生變形底鼓引發(fā)機電設備基礎位移不平衡帶來的機電事故造成。

4 實效效果

口孜東礦為千米深井，地壓大，巖層具有流變性，支護難度相當大，采用單一支護的巷道大部分均進行了擴修，且巷道修復時間長，無論從成本上還是時間上都造成了嚴重的浪費。井底車場周邊馬頭門、中央變電所、中央水泵房等硐室復合支護方式“錨網(wǎng)索噴+滯后套36U型棚、注漿的和清盡煤底用泡沫板充填”支護技術，取得了成功。

副井馬頭門、中央水泵房、中央變電所等硐室采取有效的復合支護后，連續(xù)6個月的礦壓觀測表明，中央水泵房累計底鼓量為6mm，兩幫移近量平均為10mm，有效的控制住了巷道的圍巖穩(wěn)定性，為類似地質(zhì)條件的深井大硐室施工提供了有價值的參考。

參考文獻

[1]郭平業(yè)，趙菲菲，等.深部硐室群破壞機理及其穩(wěn)定性控制[J].煤炭工程，2009，（8）：87-89.

[2]魏樹群，張吉雄，等.高應力硐室群錨注聯(lián)合支護技術[J].采礦與安全工程學報，2008，25（3）：281-285.

[3]邵祥澤，潘志存，等.高地應力巷道圍巖的蠕變數(shù)值模擬[J].采礦與安全工程學報，2006，23（2）：245-248.

作者簡介：齊萬利（1982-），男，安徽懷遠人，工程師，2006年6月于安徽理工大學本科畢業(yè)，現(xiàn)從事礦井生產(chǎn)技術服務管理工作。