底板加固技術(shù)研究與應(yīng)用

李金龍 霍超 劉強

摘要：隨著現(xiàn)代煤礦開采深度的增加，巷道圍巖應(yīng)力也在逐漸變大，這將會引起巷道變形、底鼓等，本文以某礦井盤區(qū)泵房底鼓治理為例，通過對巷道底板進(jìn)行設(shè)計施工鉆孔，鉆進(jìn)達(dá)到一定深度后，對其進(jìn)行注入一定水灰比的水泥漿以達(dá)到封堵圍巖裂隙及加固底板的目的。

關(guān)鍵詞：底鼓;應(yīng)力集中;底板加固;注漿

引言

長期以來，巷道底鼓是煤礦井下常見但又難以處理的一類巷道破壞形式，隨著開采深度及巷道斷面的增加，巷道底鼓越來越突出。據(jù)統(tǒng)計，巷道底鼓量約占頂?shù)装逡平康? /3 ～ 3 /4，底鼓直接影響著煤礦的運輸、通風(fēng)及行人，制約著煤礦的安全高效生產(chǎn)。

一、項目立項的背景及其目的、意義

礦井地質(zhì)條件復(fù)雜，巖層多為軟巖，礦山壓力大，導(dǎo)致井下巷道、泵房等空間區(qū)域多處出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象，特別是盤區(qū)泵房尤為嚴(yán)重，從而致使排水泵基礎(chǔ)不穩(wěn)定，影響排水效率，嚴(yán)重威脅礦井安全生產(chǎn)。隨著工作面的不斷開采，礦井涌水量加大，為確保礦井生產(chǎn)安全，對于影響泵房排水的底鼓現(xiàn)象必須采取底板加固處理。

巷道圍巖在持續(xù)的壓力下會通過兩幫將載荷傳遞到巷道底板，這樣在底板、底角處支護(hù)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位通常會產(chǎn)生應(yīng)力集中，而產(chǎn)生巷道底鼓。所以有必要進(jìn)行巷道底板注漿加固。底板注漿是加固底板圍巖最有效的方法，漿液注入到底板圍巖弱面和裂隙內(nèi)，充填的同時把底板巖體膠結(jié)起來，提高底板圍巖的整體性，一方面起到了封堵水源的作用，另一方面改變了底板受力狀態(tài)及底板應(yīng)力傳播路徑，使得兩幫圍巖應(yīng)力無法直接作用到底板上。

二、項目實施的基本情況

1、底板加固基本情況

底板注漿加固是利用漿液把圍巖的各種弱面充實，并把弱面充填體和四周巖體重新膠結(jié)起來，形成漿液擴(kuò)散加固拱，從而提高圍巖的整體穩(wěn)定性及其力學(xué)性能。利用漿液充填圍巖裂隙，配合錨索的作用，大幅減少失錨現(xiàn)象，因此能使得硐室。

底板能承受更大的載荷，提承載能力，擴(kuò)大支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效承載范圍，強化支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性，改善支護(hù)結(jié)構(gòu)的承壓能力。

盤區(qū)泵房底板加固共施工注漿鉆孔33個，相鄰鉆孔間隔2米。其中盤區(qū)集中擴(kuò)容泵房施工鉆孔14個，盤區(qū)集中排水泵房施工鉆孔19個。

2、鉆孔結(jié)構(gòu)

鉆孔采用氣動鉆機(jī)進(jìn)行施工，每孔深為深13米，鉆孔直徑113mm，孔內(nèi)下13米的1×19S-21.80鋼絞線3條組成錨索束，用P.0 52.5水泥漿進(jìn)行注漿固結(jié)。

3、注漿工藝

礦井技術(shù)人員在綜合分析底板加固相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對盤區(qū)泵房底板加固注漿工藝進(jìn)行優(yōu)化。

為保證注漿質(zhì)量，底板加固鉆孔共分兩個階段進(jìn)行注漿，第一段是將注漿管插入鉆孔至孔底，用注漿泵將按照水灰比2：1配好的水泥漿注入鉆孔，使其從孔底向上返漿。待沉淀凝固24-48小時后，再進(jìn)行第二階段加注，由于水泥會沉淀，所以沉積凝固后鉆孔的上半部分為清水，此時我們需要再次將注漿管插入孔內(nèi)直至不能下伸為止，用注漿泵注漿使其返灌漿液量不少于40L。

待孔內(nèi)漿液凝固后用鎖具將錨索盤進(jìn)行固定，之后在其表面澆筑路面即可。

盤區(qū)泵房底板加固鉆孔于2018年10月10日開始施工，2018年11月18日結(jié)束，歷時39天，施工鉆孔總數(shù)33個，總深度為429m，孔內(nèi)下1×19S-21.80鋼絞線共99根。

三、技術(shù)創(chuàng)新點及適用性

1、創(chuàng)新點

通過采取底板注漿加固防治水技術(shù)措施，加固了硐室底板增強了底板抗壓能力，堵住了充水通道，從長遠(yuǎn)看此次注漿堵水加固了硐室底板，堵截了硐室充水水源，使盤區(qū)泵房受底板水侵蝕強度減小，減慢了硐室變型速度、減少了維修成本。

2、適用性

底板注漿加固技術(shù)可有效解決深部軟巖硐室、巷道底鼓問題，同時也為深部開采礦井解決了周而復(fù)始處理底鼓的問題，為礦井正常組織生產(chǎn)起到了一勞永逸的效果，因此礦井深部硐室、巷道及空間出現(xiàn)以上類似情況時，注漿加固技術(shù)可推廣使用。

四、成果轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用的條件及前景

底板注漿加固是利用漿液把圍巖的各種弱面和裂隙充實，并把弱面充填體和四周巖體重新膠結(jié)起來，形成漿液擴(kuò)散加固拱，從而提高圍巖的整體穩(wěn)定性及其力學(xué)性能，頂幫注漿后使得作用在頂部和幫部的圍巖壓力傳遞到巷道底板，所以底板注漿加固是控制軟弱泥巖巷道底鼓的重要技術(shù)手段。根據(jù)本項目的適用性，該項目可在全礦井推廣使用。

結(jié)束語

注漿孔的間排距決定于漿液在巷道底板中的擴(kuò)散范圍，當(dāng)間距過大時漿液的擴(kuò)散很難對巷道底板進(jìn)行有效的加固，擴(kuò)散加固圈難以相連。當(dāng)間排距太小時，常會造成人力、物力的浪費，使得加固成本增加。因此需要精確控制漿液濃度和間排距。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉建功.復(fù)雜條件下軟巖巷道底鼓綜合治理技術(shù)研究與應(yīng)用[J].能源與環(huán)保，2019，41（02），178-182

[2] 王鵬，袁龍飛，蘆盛亮，張自政，劉德峰，曹長江.動壓下綜放沿空掘巷底鼓控制技術(shù)[J].煤礦安全.2013（11）

[3] 韓磊，侯水云，張小康.大傾角煤層回采巷道底鼓機(jī)理及控制技術(shù)[J].煤礦安全.2018（03）

（作者單位：陜西正通煤業(yè)有限責(zé)任公司）