復雜條件下大斷面硐室底板加固技術實踐與應用

羅建強

（冀中能源股份有限公司救護大隊，河北 邢臺 054000）

河北省冀中能源股份有限公司葛泉礦地質條件復雜，構造發育，壓力大。特別是葛泉礦南翼大部分開拓巷道、硐室存在應力集中現象，硐室、巷道底鼓變形破壞嚴重，雖經多次臥底翻修，仍不能保持巷道、硐室穩定，因此采取行之有效的措施進行修復加固，降低巷道維修成本，減少巷道維修給生產帶來不利影響，保證礦井長遠發展具有重要意義。

1 工程概況

南翼一采區變電所位于南翼-190大巷左翼口附近，布置巖層位強度低，巖層節理裂隙發育，地壓大，穩定性差。該硐室長25m，斷面立墻半圓拱，寬4.5m，高3.7m，初次頂板支護采用錨噴，用1.8m長縫管錨桿，間排距 800×800mm，配以 1m×1m金屬網，混凝土噴層厚100mm，變電所底板進行水泥澆筑，澆筑厚度300mm。在變電所施工結束后，進行了數次維修。維護后在硐室頂板補打22×2200mm螺紋鋼錨桿，間排距800×800mm，同時配以 1×1m金屬網；此外補打 φ17.8×6000mm錨索線配以2m12#槽鋼,加強支護，順巷布置三排,前后間距2m，基本控制了頂板及兩幫的變形。而底板數次臥底后，仍采用混凝土澆筑，澆筑厚度300mm，雖經多次維修，如今底板凸形外移，硐室口底板澆筑混凝土成整體抬起，兩側懸空，里段澆筑底板自巷中分裂開，向兩側傾斜，而供電設備放置在澆筑底板上，給安全及生產帶來較大隱患。由于該變電所負責南翼一采區工作面開采、掘進及南翼三采區開拓施工供電設備存放，要求在不影響生產前提下，保證施工進度和底板支護強度，避免影響采區生產以及底板再次失穩破壞，因此采取有效技術方案和施工措施勢在必行。

2 底板破壞原因分析

2.1 通過對變電所硐室長期維護以及破壞情況可以看出，硐室在多次失穩維修后，頂幫在錨噴、錨索支護強有力支撐作用下達到一穩定狀態，而底板只在表面澆筑了一層300mm厚的混凝土，形成頂拱和墻體面強支護強度高，底板支護弱特點，為地壓釋放提供了自由面。變電所受到地壓在墻體、頂板反作用下傳遞到變電所底板上，形成應力集中，同時由于該區域巖層破碎、強度低，整體結構差，底板承載能力不足的情況下必然產生塑性變形，導致底板破壞鼓起。

2.2 以往硐室底板加固兩側與硐室墻基之間有較大規格水溝，并且水溝與墻基之間密貼不嚴，形成底板澆筑體孤立支撐來自于底板壓力，在自身支撐結構上存在不足，緊靠底板自身及簡單的底板澆注很難滿足較大的支撐力，極易造成底板失穩破壞。

2.3 由于兩側水溝與墻基封閉不嚴，在以破碎軟巖構成底板吸水風化后，進一步軟化底板，降低底板強度，在自身膨脹作用下使得巷道的底板失穩，從而出現底鼓外移現象。

2.4 對底鼓危害性的認識不足，底板采用混凝土澆注，在底板與混凝土之間采用砂石鋪墊以減少混凝土的用量，致使混凝土澆注不能實現加固底板的有效作用。

3 底板維修加固方案確定

整修加固方案依據地質資料、硐室破壞情況及破壞原因而制定的。通過多次對周邊大巷及硐室維修情況的調查，以及對其破壞原因及機理分析可知，底板的破壞是由多種因素綜合使用的結果。因此，防止硐室底板破壞也應采取多方面的措施，使底板的可塑變形控制在允許的范圍內，避免出現底板出現失穩破壞現象。最終確定底板采用錨桿配以鋼帶及澆筑聯合支護，加固底板，受施工條件限制并在硐室能施工非對稱卸壓槽。

4 底板加固主要參數

4.1 底板加固斷面圖圖1

4.2 底錨及鋼帶

圖1

底錨使用φ22×2200mm螺紋鋼錨桿， 采用一卷CK2333、一卷Z2360樹脂藥卷全長錨固，錨固力不小于13t，預緊力不小于 300N?M，采用主動加固底板，提高底板支護強度。底錨間排距840×800mm，靠近兩幫底錨與底板法線成75°夾角斜向兩幫。錨桿外露控制在80mm，在滿足預緊力要求前提下，盡量增加外露，以便增加底板澆筑長度。同時沿巷道垂向在底錨托噴下用鋼筋連接,鋼筋使用2mφ14mm梯子鋼帶梁。

4.3 混凝土澆筑

底板采用標號200混凝土分次澆筑，澆筑厚度300mm，澆筑前對兩幫底腳及底板進行沖刷，確保澆筑體與立墻及底板密貼，同時保證最大限度澆筑底錨，使之與周邊巖層形成一整體，達到提高巖層強度。

4.4 卸壓槽

通過對此次底板破壞程度及移出量，決定硐室底板施工非對稱卸壓槽，規格 300×300mm（寬×深），卸壓槽周邊裸露，為底壓釋放創造自由面，卸壓槽順巷布置，卸壓槽兩端封閉，嚴禁積水及空氣排進，影響底板強度。

4.5 水溝

為便于積水排除出在硐室底板自巷中以垂巷-3‰坡度施工，根據實際硐室可能存在最大積水情況，在兩側施工 100×100mm水溝，坡度 3‰，以便及時將硐室中積水排除，水溝施工與墻基澆筑100mm，確保澆注與墻基密切。

5 施工工藝優化

受施工條件限制，變電所硐室內設備不能實現全部搬遷，防止搬遷中影響生產，同時由于沒有合適硐室臨時存放、安置設備。因此底板維修采用分次進行，自巷中先對存放設備較少一側底板進行臥底，另一側臨時放置供電設備，對于傾斜供電設備進行墊底，保證安置水平，較小設備集中擺放，必要是對部分開關進行起吊放置，增加放置設備空間。同時在要求在整修時加大對設備的保護及管理工作，確保采區生產及整修進行。卸壓槽在澆注前采用蓋板蓋實，蓋板與卸壓槽周邊澆注嚴密，保證卸壓槽內不漏沙水，隨后沖刷底板及蓋板，進行澆注。

6 結論

將錨桿、澆筑組合成聯合支護體系維護底板，同時利用卸壓槽將維修后底板趨于穩定狀態時，為底壓釋放創造自由面，在較大底板支護下，控制底板松漲空間。在滿足允許變形情況下，提高底板整體強度，與硐室頂幫形成擴大的組合拱，降低了應力集中度，也提高了支護結構的承載能力和穩定性，減少了底鼓，降低了硐室維修量，有效避免了生產及安全事故發生，取得了較好經濟及社會價值。

［1］《采礦工程設計手冊》張榮立等主編，煤炭工業出版社.