礦井永久泵房加固方案研究與實踐

湯計念 張偉男

(兗煤萬福能源有限公司，山東 菏澤 274000）

1 工程概況

萬福煤礦-820m 水平永久泵房南端緊鄰副井馬頭門、輕車線，永久泵房為大斷面硐室，凈高7.2m，凈寬5.9m。泵房及管子道在施工過程中揭露的圍巖地質素描如下：

圖1 永久泵房地質剖面圖

巷道揭露巖性自下而上依次為：

泥巖（灰黑色，塊狀，致密，層理發育，具裂隙，較破碎）；粉砂巖（灰色，較破碎）；

細砂巖（淺灰色，薄層狀，夾泥巖及粉砂巖薄層，具滑面及裂隙）；

粉砂巖（灰色，較破碎）；

細砂巖（淺灰色，薄層狀，夾泥巖及粉砂巖薄層，具滑面及裂隙）；

石灰巖（灰色，塊狀，致密，堅硬，具裂隙，破碎）；

細砂巖（淺灰色，夾泥巖及粉砂巖層，具滑面及裂隙）。

2 原始支護參數及存在的問題

2.1 原始支護參數

前期，永久泵房的支護分為三個階段：

第一階段錨網噴初次支護。 錨桿為Φ22×2400mm， 間 排 距800×800mm； 錨 索 為Φ17.8×6300mm，間排距2000×1600mm。初噴100mm 厚C20 混凝土。

第二階段注漿錨桿（索）補強。在拱腳距底板200mm 處，施 打 一 排Φ32×2500mm 注 漿 錨桿，間距1500mm；幫部補打注漿錨索，間排距為1900×2000mm，用注漿錨索把4m 長12#礦用工字鋼豎直安裝在幫部，加壓緊固；拱頂補打高強錨索，間排距為1200×1200mm。

第三階段砌碹+注漿。砌碹采用C40 混凝土，雙層鋼筋，碹體厚500mm。砌碹后，采用注漿錨桿進行注漿加固。注漿錨桿為Φ32×2500mm，間排距1600×1600mm。

2.2 原支護破壞情況

永久泵房南端緊鄰副井馬頭門、輕車線，應力條件復雜，圍巖條件差，1 號吸水井長期處于未處理狀態，屬于支護薄弱區，從此處位置開始，變形逐漸發展，砌碹體產生了炸皮開裂、鋼筋外露彎曲等破壞現象。泵房砌碹后，破壞區域總變形量已達88mm，且有繼續增長的趨勢。

圖2 破壞位置示意圖

圖3 泵房南端砌碹后變形監測

3 修復方案

3.1 1 號吸水井的處理

1 號吸水井位置圍巖松散破碎，斷面超挖嚴重，圍巖未能發揮承載作用，壓力全部集中在砌碹體上，導致此處砌碹體最先產生破壞。因此，在對泵房南端破壞段修復加固前，應首先對1 號吸水井圍巖進行加固處理，采取加固措施如下：

（1）采用注漿錨桿對1 號吸水井硐內松散圍巖進行注漿加固，注漿錨桿參數為Φ32×2500mm，間排距1000×1000mm。

（2）按照原設計尺寸對1 號吸水井進行砌碹處理，提高配筋參數，橫筋Φ22mm，豎筋Φ28mm。

3.2 破壞碹體修復加固

泵房南端破壞位置碹體目前表現出炸皮和鋼筋網外露的現象，未產生大的斷裂。對外層破壞碹體進行剔除，采用T 型鋼帶+加長加粗錨索進行補強加固，同時對圍巖開展進一步的注漿加固，以充分發揮圍巖自承載能力為原則，具體加固措施如下：

（1）加固范圍從泵房通道至2 號壁龕位置，總長11.4m。

（2）首先，沿硐室環向按照1m 間距開鑿深150mm、寬500mm 凹槽，將T 型鋼帶穿過內層鋼筋網，嵌入凹槽內。

（3）施工采用Φ29×12000mm 長注漿錨索，間排距1200×1000mm，注漿錨索穿透T 型鋼帶，托盤壓緊鋼帶。

（4）待所有注漿錨索施工完成后，剔除T 型鋼帶間砌碹體，剔除厚度150mm。對于已明顯屈服破壞的鋼筋，應更換重新綁扎，剔除過程中對鋼筋搭接進行重點檢查，搭接失效的應重新綁扎。

（5）按照設計凈斷面尺寸進行支模，重新澆筑混凝土，混凝土標號應與原標號保持一致。

3.3 特殊情況處理

若圍巖注漿困難，應采用清水或稀漿沖開裂隙后，再按正常方式注漿加固。

若圍巖中泥巖過多，裂隙太小，無論如何也難以注漿加固時，可僅在錨索加固后繼續進行巷道收斂變形觀測。若變形量在40mm 以內即可滿足工程要求，若變形量超過50mm 以上，再研究桁架加固方案。

4 注漿加固工藝

4.1 注漿主要參數

（1）注漿錨索施工程序。在一個斷面內應由下而上逐根進行，鉆注漿錨索孔→安裝注漿錨索→施加預應力→注漿加固。不能同時鉆多個孔，安裝注漿錨索后進行注漿。應有明確的專業分工協同作業，鉆孔、安裝、注漿工作均由專人負責，鉆一個孔安裝一根錨索再注漿，一根一根地進行。防止先行注漿的錨索其漿液串到其他孔內發生堵塞，影響注漿加固質量。然后，再隔排施工下一排注漿錨索。

（2）注漿壓力。初始壓力從零開始，緩慢升壓，一般控制在2.0MPa 左右，正常情況下不超過3.0MPa，只要進漿就不宜升壓太快，最大終壓為4.0MPa。

（3）注漿量。正常情況下，每孔注入水泥量100～200kg 左右，當注入水泥量超過500kg，注漿壓力仍未達到注漿終壓時，可暫停注漿，待2h 后再復注。若復注時注入水泥量超過300kg，壓力仍未達到注漿終壓時，應檢查是否有漏漿、跑漿現象，然后再換孔注漿。

（4）注漿漿液。選用強度等級52.5 的普通硅酸鹽水泥，水灰比0.5。并摻入ACZ-Ⅰ型水泥注漿添加劑，摻量為水泥重量的6%。

4.2 注漿次序

（1）按巷道斷面錨注順序

在斷面內先幫部鉆孔注漿， 然后肩部鉆孔注漿， 最后頂部鉆孔注漿，從下往上依次對稱進行， 其順序為1 →2 →3 →4 →5 →6 →7 →8 →9 →10 →11。

（2）按巷道縱向錨注順序

在巷道縱向采用隔排注漿，其順序為1-1 斷面→3-3 斷面→5-5 斷面→2-2 斷面→4-4 斷面→6-6斷面，重復上述過程。如圖4 所示。

圖4 錨注施工順序示意圖

4.3 異常情況的處置

（1）不進漿。由于裂隙不發育或裂隙與注漿材料不匹配注不進漿時，可采用高壓清水擴張裂隙或注純水玻璃潤滑裂隙后再注漿，如不能注進時可改用化學漿液，如果個別孔注不進或圍巖穩定可不注漿。

（2）跑漿或漏漿。當注第一孔時第二孔跑漿，關閉第二孔閥門，通過第一孔繼續注漿，達到設計注漿標準后停止注漿，必需時可對第二孔進行復注。

5 質量控制

施工單位嚴格按作業規程的要求和程序施工，并按實際情況做好原始記錄；施工過程中加強質量控制，監理人員堅持跟班監督檢查制度，確保施工過程的質量效果。

5.1 注漿錨索檢測

注漿錨索的錨固力設計為300kN，預應力為200kN，且應使每根預應力一致，允許誤差不大于5%。拉拔實驗時，最大拉拔力達到設計值的80%時即停止實驗，不作強度極限的破壞性實驗。

5.2 注漿效果檢測

施工完成7d 后抽檢一個斷面，鉆三個檢查孔，拱頂處1 個孔，幫、底各1 個孔。安裝注漿錨錨索，進行復注檢查。當出現注漿壓力小于1MPa、注入水泥量大于100kg 時，表明原注漿未注滿或圍巖裂隙未充實，采取相應的加固措施。

5.3 注漿記錄

注漿加固過程中，要做好注漿記錄。注漿記錄是研究注漿效果的主要資料，也是檢查隱蔽工程的重要依據。每一個注漿孔均應標明編號，斷面編號用紅油漆或其他方式寫在兩幫距離底板1.5m 左右，孔編號用紅油漆或其他方式寫在注漿錨索的托盤上。

5.4 變形檢測

加固后及時進行巷道收斂變形檢測。

采取上述加固方案后，每周進行收斂變形檢測，原破壞區域變形量未出現增長。