玉溪煤礦井底車場(chǎng)巷道底板加固技術(shù)研究

張啟元

（山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責(zé)任公司，山西 沁水 048000）

1 工程概況

玉溪煤礦位于山西省晉城市沁水縣胡底鄉(xiāng)玉溪村，3#煤層位于山西組下部，埋深約500～600 m，厚度5.12～7.20 m，平均5.85 m。該煤層厚度大且穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，全區(qū)可采，為穩(wěn)定型可采煤層。直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度平均為4.66 m，單軸抗壓強(qiáng)度為35.9～65.8 MPa；基本頂為細(xì)-中粒砂巖，厚度平均為3.93 m，單軸抗壓強(qiáng)度為79.9～91.2 MPa；底板為砂質(zhì)泥巖，厚度平均為9.2 m，單軸抗壓強(qiáng)度平均為36.7 MPa。3#煤層頂?shù)装鍘r性及厚度見表1。

表1 玉溪煤礦3#煤層頂?shù)装鍘r性

2 井底車場(chǎng)系列巷道底板加固方案設(shè)計(jì)及施工

井底車場(chǎng)巷道布置在距3#煤層約20 m的底板巖層中，巷道主要采用錨網(wǎng)噴支護(hù)。由于巷道圍巖比較軟弱，井底車場(chǎng)系列巷道（+320 m水平井底車場(chǎng)中清理撒煤巷道，進(jìn)風(fēng)井東部車場(chǎng)巷道，架空乘人器巷道，無軌膠輪車庫，馬頭門）未加固的巷道底板出現(xiàn)不同程度的底鼓現(xiàn)象，底板變形嚴(yán)重處底鼓量達(dá)到600 mm，影響了巷道的安全使用。井底車場(chǎng)系列巷道布置如圖1。

圖1 井底車場(chǎng)系列巷道

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、地質(zhì)條件調(diào)查和圍巖結(jié)構(gòu)詳查分析，井底車場(chǎng)巷道的支護(hù)強(qiáng)度偏弱，導(dǎo)致巷道產(chǎn)生變形破壞。巷道圍巖壓力大、結(jié)構(gòu)破碎松軟以及大量工程實(shí)踐表明，單一的加固方法不能有效控制此類破碎圍巖的長(zhǎng)期蠕變及進(jìn)一步破壞，對(duì)此類巷道加固工程應(yīng)在恢復(fù)圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整性基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)巷道圍巖的主動(dòng)支護(hù)[1-2]。參考原有支護(hù)強(qiáng)度，結(jié)合大量的工程實(shí)踐，在確保工程質(zhì)量并盡量減小工程量的前提下，確定采用高壓注漿配合強(qiáng)力錨索支護(hù)[3-5]的綜合加固方案對(duì)玉溪煤礦井底車場(chǎng)系列巷道進(jìn)行加固。對(duì)于已進(jìn)行幫頂加固的巷道，幫頂圍巖加固完畢，巷道要先進(jìn)行起底，要求起底后巷道高度大于設(shè)計(jì)高度300 mm，巷道起底后再進(jìn)行底板注漿加固。對(duì)于未進(jìn)行巷道幫頂加固的巷道，巷道要先進(jìn)行起底至大于設(shè)計(jì)高度300 mm，然后對(duì)底板進(jìn)行加固，底板加固完成后，再對(duì)巷道幫拱進(jìn)行加固。

加固方案如圖2所示。巷道底板布置Ф22 mm×7300 mm預(yù) 應(yīng) 力 注 漿 錨 索，間 排 距 為2000 mm×2000 mm，靠近兩幫的底板錨索外扎10°～15°。為提升錨索的整體支護(hù)效果，在張拉前鋪設(shè)Ф6.5 mm鋼筋網(wǎng)。注漿材料選用水泥漿，添加劑選用XPM添加劑，用量為水泥重量的8%～10%，水灰比根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿情況在0.6:1～1:1范圍內(nèi)靈活調(diào)整。為保證注漿效果，共分兩次注漿。第一次注漿，錨固錨索底端，注漿壓力為0即可；在錨索張拉前進(jìn)行第二次注漿，注漿壓力保持在2～3 MPa范圍內(nèi)。

圖2 井底車場(chǎng)系列巷道加固方案（mm）

加固施工工藝如下：

布孔→架設(shè)鉆機(jī)并清理底板浮渣→打孔→送水排渣→鉆孔完畢后退出鉆桿、鉆頭→插入底板錨索至孔底→插入塑料注漿管、填入石粉→第一次灌漿7 L→抽出塑料注漿管，插入鋁塑管→7 d后封孔、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)→安裝托盤、球墊及鎖具→張拉預(yù)緊→隔一天注漿至終壓。

第一次注漿：向孔內(nèi)插入4分白塑料管至孔底，填入粒徑5 mm以下石粉少許。由管內(nèi)灌注水泥漿7 L，抽出塑料管。然后，孔口插入長(zhǎng)度4000 mm或5000 mm的注漿管（鋁塑管A-1216），外露長(zhǎng)度300 mm，水泥封堵孔口深度200～300 mm。

第二次注漿：第一次注漿7 d后進(jìn)行第二次注漿，注漿壓力2～3 MPa。

3 工業(yè)性試驗(yàn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件和巷道圍巖變形嚴(yán)重程度調(diào)查，初步確定井底車場(chǎng)巷道需加固的范圍為：井底車場(chǎng)清理撒煤巷道加固長(zhǎng)度76 m，架車乘人器巷道加固長(zhǎng)度43.4 m，無軌膠輪車庫加固長(zhǎng)度75 m，進(jìn)風(fēng)井東部車場(chǎng)巷道加固長(zhǎng)度179 m，馬頭門巷道加固長(zhǎng)度30 m。

將前述加固方案在上述井底車場(chǎng)系列巷道進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。為驗(yàn)證方案加固效果，對(duì)加固后巷道圍巖變形量及錨索受力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。分別在清理撒煤巷道、架車乘人器巷道、無軌膠輪車庫、進(jìn)風(fēng)井東部車場(chǎng)巷道及馬頭門巷道加固范圍內(nèi)布置各一個(gè)綜合監(jiān)測(cè)站，分別記為1#測(cè)站、2#測(cè)站、3#測(cè)站、4#測(cè)站及5#測(cè)站，每個(gè)測(cè)站均對(duì)巷道頂板下沉量、底鼓量、兩幫移近量及錨索受力變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)曲線

如圖3所示，5個(gè)綜合測(cè)站巷道頂板下沉量、底鼓量、兩幫移近量及錨索受力變化趨勢(shì)基本相近，監(jiān)測(cè)曲線均呈現(xiàn)先增大，后增大幅度逐漸降低，最終趨于穩(wěn)定的變化趨勢(shì)。在一個(gè)月范圍內(nèi)，巷道圍巖變形量及錨索受力增大明顯，一個(gè)月以后巷道圍巖變形量及錨索受力增長(zhǎng)幅度逐漸降低，兩個(gè)月以后巷道圍巖變形量及錨索受力基本趨于穩(wěn)定。其中，布置于清理撒煤巷道的1#測(cè)站，巷道頂板下沉量最大值為128 mm，底鼓量最大值為225 mm，兩幫移近量最大值為183 mm，錨索受力最大值為262 kN；布置于架車乘人器巷道的2#測(cè)站，巷道頂板下沉量最大值為132 mm，底鼓量最大值為230 mm，兩幫移近量最大值為180 mm，錨索受力最大值為243 kN；布置于無軌膠輪車庫的3#測(cè)站，巷道頂板下沉量最大值為122 mm，底鼓量最大值為218 mm，兩幫移近量最大值為191 mm，錨索受力最大值為252 kN；布置于進(jìn)風(fēng)井東部車場(chǎng)巷道的4#測(cè)站，巷道頂板下沉量最大值為135 mm，底鼓量最大值為235 mm，兩幫移近量最大值為202 mm，錨索受力最大值為278 kN；布置于馬頭門巷道的5#測(cè)站，巷道頂板下沉量最大值為118 mm，底鼓量最大值為215 mm，兩幫移近量最大值為182 mm，錨索受力最大值為238 kN。5個(gè)監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)所得巷道頂板下沉量最大值為135 mm，平均值為127 mm；底鼓量最大值為235 mm，平均值為224.6 mm；兩幫移近量最大值為202 mm，平均值為187.6 mm；錨索受力最大值為278 kN，平均值為254.6 kN。整體來看，支護(hù)效果良好，巷道圍巖變形量不大，錨索工作狀態(tài)良好，無失穩(wěn)破壞風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

針對(duì)玉溪煤礦井底車場(chǎng)系列巷道圍巖工程力學(xué)性質(zhì)差、變形量大的問題，采用理論分析、工程類比等方法，確定采用高壓注漿配合強(qiáng)力錨索支護(hù)的綜合加固方案進(jìn)行巷道加固。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果顯示，加固后巷道頂板下沉量最大值為135 mm，平均值為127 mm；底鼓量最大值為235 mm，平均值為224.6 mm；兩幫移近量最大值為202 mm，平均值為187.6 mm；錨索受力最大值為278 kN，平均值為254.6 kN。巷道圍巖整體變形量不大，錨索工作狀態(tài)良好，無失穩(wěn)破壞風(fēng)險(xiǎn)，可以滿足安全生產(chǎn)需求。