平煤六礦中央變電所底鼓治理技術(shù)研究

梅學(xué)曉

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司六礦，河南 平頂山 467002）

隨著礦井開采深度的增加，在深部高應(yīng)力作用下的巷道穩(wěn)定性變差[1]。由于巷道所處應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，特別是對(duì)于圍巖軟弱巷道，其自承載能力較差，巷道變形破壞嚴(yán)重[2-3]。底鼓作為軟巖巷道變形破壞的主要表現(xiàn)形式，當(dāng)?shù)坠牧枯^大時(shí)，巷道喪失穩(wěn)定性，從而影響礦井的通風(fēng)和運(yùn)輸安全，因此治理底鼓成為保證礦井安全高效生產(chǎn)的重要任務(wù)[4-5]。

1 工程概況

平煤六礦北二進(jìn)風(fēng)井中央變電所是北二采區(qū)的供變電系統(tǒng)專用硐室，中央變電所埋深為960 m。中央變電所頂?shù)装鍘r性主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖、中粒砂巖和戊8煤。中央變電所位于9.6 m泥巖層中，巖層巖性分布情況見表1。中央變電所位于進(jìn)風(fēng)井底車場(chǎng)和水倉中間，兩端分別為變電所通道和中央泵房，中央變電所分布位置如圖1。中央變電所總長(zhǎng)64.5 m，寬5.8 m，硐室截面為直墻半圓拱形，墻高1.5 m，拱高2.9 m，巷道凈斷面積為21.9 m2。由于巷道斷面面積較大，埋深較深，所處層位巖性較為軟弱，巷道圍巖變形劇烈，巷道底鼓嚴(yán)重，對(duì)中央變電所的正常使用造成了極大影響。針對(duì)中央變電所存在的問題，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研以及后期分析探討，采用“壁后注漿+組合錨索”的巷道圍巖支護(hù)方案，并進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，取得了很好的支護(hù)效果。

表1 平煤六礦中央變電所頂?shù)装鍘r性分布情況

圖1 中央變電所分布位置圖

2 巷道支護(hù)方案設(shè)計(jì)

平煤六礦北二進(jìn)風(fēng)井中央變電所由于水平埋深較大，巖層較為破碎，裂隙發(fā)育，另外巷道斷面大，巷道變形嚴(yán)重。為了更好地治理圍巖變形問題，采用“壁后注漿+組合錨索”的治理方案控制圍巖變形。具體巷道斷面支護(hù)設(shè)計(jì)圖如圖2。

圖2 巷道斷面支護(hù)設(shè)計(jì)圖

中央變電所通過注漿填充圍巖裂隙，提高巷道圍巖的完整性。注漿錨桿選用Ф20 mm×2.5 m中空注漿錨桿，間排距為800 mm×800 mm。注漿材料主要采用普通硅酸鹽水泥和堿性水玻璃。另外，在壁后注漿的基礎(chǔ)上，通過增加組合錨索，將巷道圍巖與深處穩(wěn)定巖層連接，進(jìn)而減小巷道變形量。注漿組合錨索每組由4根Φ17.8 mm鋼絞線組成，長(zhǎng)16 m，巷道底板斷面以上的組合錨索間排距為3 m×3 m，底板組合錨索間排距為3 m×2 m。

3 工業(yè)性試驗(yàn)及效果分析

3.1 壁后注漿施工工藝

如圖3為注漿鉆孔布置示意圖。由于漿液在注漿孔內(nèi)以左右擴(kuò)散為主，因此注漿孔深與圍巖的加固深度基本相同。為了有效加固中央變電所圍巖，將壁后注漿孔深設(shè)計(jì)為2.5 m。注漿壓力的選取與圍巖的滲透性、漿液的流動(dòng)性以及擴(kuò)散范圍有著密切的關(guān)系，中央變電所巷道圍巖存在明顯裂隙。另外，部分巖體的滲透性較差，因此注漿壓力采用2～3 MPa。中央變電所壁后注漿材料主要采用P.042.5級(jí)新鮮普通硅酸鹽水泥和M=2.4～3.2、P=35～45°Bé堿性水玻璃，水泥與水玻璃體積比為2:1。

圖3 注漿孔布置示意圖

具體施工流程為：鉆孔→埋管→連接注漿管路→注清水試驗(yàn)→注漿→封孔→清洗設(shè)備。

3.2 組合錨索施工工藝

中央變電所組合錨索支護(hù)在施工前應(yīng)在巷道內(nèi)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙準(zhǔn)確標(biāo)記出組合錨索安裝位置。采用LF100潛孔鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔過程中，先使用潛孔鉆沖擊確定孔口位置，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)進(jìn)。在安裝組合錨索時(shí)，應(yīng)將其輕推至孔底，推送過程中要保護(hù)好排氣管和套在錨索自由端的塑料套管，組合錨索推至孔底后要檢查排氣管是否暢通。錨索推進(jìn)時(shí)，在錨索尾端5 m套入塑料套管并用扎絲綁扎牢固，防止注漿時(shí)張拉段錨索進(jìn)入漿液，孔口采用水泥漿液封堵，封堵長(zhǎng)度大于300 mm。

在進(jìn)行鉆孔內(nèi)的注漿工作之前，要認(rèn)真地檢查注漿錨索的管路，保證管線完好無損。注漿的漿液采用水泥和砂子組合的水泥砂漿，漿液的配比為水泥:砂子=2～3:1，注漿壓力控制在2～3 MPa，根據(jù)注漿的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。準(zhǔn)備工作完畢后，開動(dòng)注漿泵進(jìn)行注漿，注漿過程中設(shè)專人觀察排氣管，當(dāng)排氣管中排出砂漿時(shí)停止注漿，關(guān)閉注漿管。

等注漿孔內(nèi)的水泥砂漿凝結(jié)固化后，在組合錨索上安裝組合錨索托盤。在安裝組合錨索托盤前，先在孔口找平，然后將組合錨索托盤安裝在組合錨索上并安裝錨具，之后用千斤頂對(duì)鉆孔內(nèi)的注漿組合錨索進(jìn)行逐根張拉。單根錨索張拉的強(qiáng)度不小于100 kN。

3.3 巷道變形監(jiān)測(cè)分析

為了監(jiān)測(cè)中央變電所巷道變形，在巷道內(nèi)建立測(cè)站觀測(cè)巷道表面位移變化情況。巷道在治理前的表面位移變化曲線如圖4（a）。巷道底板下沉量、兩幫收斂量以及底板鼓起量最大分別為731 mm、512 mm和317 mm，巷道整體變形嚴(yán)重。采用“壁后注漿+組合錨索”的圍巖支護(hù)方案對(duì)中央變電所進(jìn)行治理后，在相同位置對(duì)巷道表面變形繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)時(shí)間持續(xù)兩個(gè)月。治理后的巷道表面位移變化曲線如圖4（b）。巷道底板下沉量、兩幫收斂量以及底板鼓起量最大分別為127 mm、89 mm和68 mm，巷道整體變形得到了有效的控制，采用“壁后注漿+組合錨索”的方案對(duì)中央變電所底鼓治理取得了明顯效果。

圖4 巷道表面變形監(jiān)測(cè)曲線

從圖4（b）中可以看出，在觀測(cè)的前20 d，巷道表面位移急劇變化，在觀測(cè)40 d后，巷道表面位移已基本趨于水平，巷道的圍巖已達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定，表明中央變電所采用該支護(hù)方案在施工后的40 d內(nèi)已經(jīng)充分發(fā)揮支護(hù)作用，很好地控制了巷道圍巖變形。

4 結(jié)論

（1）平煤六礦北二進(jìn)風(fēng)井中央變電所巷道斷面面積較大，埋深較大，所處層位巖性較為軟弱，巷道圍巖變形劇烈，巷道底鼓嚴(yán)重。針對(duì)存在的問題，提出了“壁后注漿+組合錨索”的巷道圍巖支護(hù)方案，通過工業(yè)性試驗(yàn)，取得了很好的支護(hù)效果。

（2）“壁后注漿+組合錨索”支護(hù)方案能夠有效地控制巷道表面圍巖的位移，提高巷道支護(hù)體系的承載能力。另外，該支護(hù)方案能夠極大地減小巷道破壞變形的塑性區(qū)域，較好地控制巷道頂?shù)装搴蛢蓭偷拇怪迸c水平應(yīng)力。

（3）對(duì)巷道表面變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。在前20 d，巷道表面位移急劇變化，在40 d后，巷道表面位移基本趨于水平，表明中央變電所采用的支護(hù)方案在施工后的40 d內(nèi)已經(jīng)充分發(fā)揮支護(hù)作用，很好地控制了巷道圍巖變形。