深井软岩硐室围岩加固技术与应用.doc

深井软岩硐室围岩加固技术与应用摘要：针对煤矿逐渐转入深部开采的情况，提出一种深部软岩硐室围岩加固技术方案，通过在赵楼煤矿的实践应用，表明本加固技术能很好的适应深部软岩的各种变形特点，并对其加固机理进行分析，具有良好的经济效果，有一定的推广应用价值。关键词：深井 软岩硐室 加固技术 锚注支护Reinforcement Skill of Soft Rock Chamber Adjoining Rock of Deep Well and Its ApplicationAbstract: Aiming at the coal mine gradually shaft to deep exploitation, advancing a reinforcement skill project of deep soft rock chamber. It can adapt well to the various deform character of deep soft rock by practicing in Zhao Lou coal mine, and analyzing its reinforcement mechanics. It have a good economic results and a certain worth of extension.Key words: deep well soft rock chamber reinforcement skill anchor support我国原煤产量位于世界首位，但由于多年的开采，浅部易开采的煤炭资源日益减少，据统计表明中国立井开采深度正以每年812m的速度增加,东部矿井开采深度正以每年1025m的速度发展,预计在未来20年内我国多数煤矿将进入到10001500m的深度。深井开采最突出的问题是地压大、地温高。本文对赵楼煤矿深井软岩硐室巷道加固技术进行了试验研究，并取得了良好的技术经济效益。1、工程概况赵楼煤矿隶属兖州矿业集团公司，位于菏泽巨野煤田的中部，是兖矿在巨野煤田开发在建的一座大型现代化矿井。设计年生产能力300万t，矿井服务年限60.1a。设计3个立井井筒，井口设计标高45.000m，开采水平标高-860m，副井井筒净直径7.2m，深度935.0m，井筒采用冻结法施工。赵楼煤矿含煤地层为二叠系山西组和太原组，主采3煤层平均埋深7001200m。井田内断层46条，落差大于30m的多达21条，背斜8组。井底车场及硐室处在6煤底板、3灰顶板的粉砂岩、泥岩中，岩性不均一，地质条件较复杂，岩体组分变化大，存在构造应力且巷道断面大。2、支护方案及参数2.1 井底车场巷道支护井底车场硐室包括马头门、泵房、变电所、胶带输送机硐室、水仓及各种类型的交岔点及连接巷道等。它们一般断面都较大,相互间存在交互影响,加大了巷道和硐室围岩中的应力集中,加大了作用在支护结构上的外荷载。故采用扩大断面锚网喷一次支护，锚注二次支护方式。马头门、变电所及泵房等重要硐室加现浇钢筋混凝土联合支护。支护参数如下：（1）一次支护扩大断面，巷道每侧扩大100mm，拱顶扩大100mm；掘后先喷50mm混凝土，以封闭围岩；锚杆采用222500mm高强让压可变形锚杆，底部1块速凝树脂锚固剂锚固，外部砂浆全长锚固，锚杆间排距800800mm；锚杆托盘采用高强让压可变形锚杆配套托盘；金属网采用6mm冷拔丝焊接的金属网；初喷砼厚度50mm，以封闭围岩；待挂网后再喷40mm厚混凝土，喷射砼强度等级C20；底板不稳定有底臌倾向时，采用16槽钢、锚杆注浆加固，锚杆采用221600mm高强螺纹钢锚杆锚固槽钢，每断面5根，排距1.6m；注浆锚杆采用251400mm无缝钢管，每断面3根，排距1.6m与高强锚杆隔排交错布置。（2）二次支护待巷道稳定后（大约巷道施工1520天后）实施锚注二次支护。注浆锚杆采用252400mm无缝钢管制作，锚杆端部扭成S状，安装时用1块树脂锚固剂锚固，锚杆间排距16001600mm；锚杆托盘采用热轧扁钢；注浆采用单液水泥浆，水泥采用525#普通硅酸盐水泥，水灰比0.6m，掺水泥重量1.5%的UNF4高效早强减水剂；注浆压力2MPa，瞬时压力3MPa。2.2 副井马头门支护副井马头门属井下大断面重点工程， 2006年6月底已施工到底。因马头门处于不稳定围岩中，马头门及连接部分采用高强让压锚杆锚索锚注喷射砼和浇灌钢筋砼联合支护体系加固。加固断面图如图1所示。图1 马头门及其连接部分加固支护示意图Fig. 1 Sketch of reinforcement support in horsehead and its pontes1高强让压锚杆及金属网； 2喷射砼； 3注浆锚杆； 4C50砼； 5底板加固锚杆；6防水砼； 7反拱梁； 8炉渣砼； 9防水砼； 10摇台基础。（1）高强让压可变形锚杆马头门断面大，受力条件因地处群峒之中而变得更恶劣，且受力变化大应力集中点多，因此锚杆选用222500mm高强让压可变形锚杆；锚杆间距700900mm；锚杆排距1600mm。（2）内注浆锚杆马头门连接部分宽5.0m时注浆锚杆选用25冷轧无缝钢管，壁厚46mm，锚杆长度L2500mm，间距1600mm，每两根高强超长锚杆间装一根注浆锚杆，呈梅花形布置；锚杆排距1600mm。马头门及连接部分宽5m且4m 时，注浆锚杆选用=25冷扎无缝钢管，壁厚46mm，锚杆长2000mm，间距1600mm，排距B=1600mm。注浆锚托盘采用热轧扁钢B=100， =12制作。（3）注浆锚索马头门浇筑混凝土后，在拱基线以上施以注浆锚索加固，注浆锚索规格马头门连接部分宽5.0m时选17.88000mm；马头门及连接部分宽5m且4m 时选17.86500mm；间排距25003000mm。2.3 主泵房及变电所硐室支护因主泵房及变电所硐室在施工时锚索孔穿透泥岩层，伸入砂岩层而导致锚索孔漏水。漏水量在78m3/h，水质清澈，温度在408左右。为防止渗水引起泥岩的软化膨胀，对已成巷的泵房出水段实施锚网梁加强支护，并打专孔泄水，成巷完成后注浆止水。 采用自外向里的顺序对泵房出水段进行加强支护，拱形锚梁使用16#槽钢制作，每节长2.5m，两根锚杆固定，锚梁安设排距1.2m。每节之间采用螺栓连接，为保证锚梁合理受力，锚梁连接点相互错开，并避免布置在正顶位置。 锚梁采用锚杆悬吊固定，并向拱基线下延伸1m，用两根锚杆在帮部进行承托。采用树脂螺纹锚杆222400mm，间距1.2m，每根锚杆使用1块K2870树脂药卷和1块CK2870锚固剂锚固。 锚梁按中腰线施工，满足硐室后期砌碹要求。安设锚梁时必须要接顶，对于大面积冒顶区采用水泥背板或喷浆料接顶。3、加固效果目前井底车场已施工3000余m，除在局部应力集中区、交岔点及硐室开口等处出现喷层开裂现象外，其他巷道和硐室基本保持完好，加固效果在岩层破碎巷道尤为明显。-860m水平中央泵房硐室出水处施以注浆以加固和堵水。现已达到砌碹永久支护的要求。通过开展的深井矿压监测与巷道支护研究，设置测力锚杆、压力传感器、混凝土应变计和位移计等仪器仪表对巷道支护受力、变形情况进行监测。在马头门西侧安设收敛变形测站；4#锚杆压力传感器、6#锚索传感器安装于副井马头门处；11#锚杆传感器、17#锚索传感器安装在号交叉点处；并在副井马头门处安装砼应变计测量现浇钢筋混凝土所受的压力大小。其最大变化值加下表表1。 表 1 各种监测值的最大变化量Tab.1 The most variety of various monitor value时间（d）两帮收敛变形(mm)顶底收敛变形(mm)4#锚杆受力(KN)11#锚杆受力(KN)6#锚索受力(KN)17#锚索受力(KN)砼应变计()10306090120150180154045505050500182222222222881211962032032042046893989897989887106102108131255255769211512713013013155.7860.1277.92101.53248.47251.64239.65由检测数据得知，巷道在施工后12月内变形基本保持稳定，在副井马头门处锚杆锚索发挥着重要的作用，其他处锚杆锚索均有较大的强度储备，能够满足后期各种巷道开挖造成的应力重分布的要求。4、 机理分析深井软岩巷道具有压力大、来压快、变形持续时间长，易风化、遇水膨胀且自身承载能力低等特点，本文支护设计能很好的适应这些特点，有效保证巷道的安全，不仅缩短了工期，而且降低的经济成本。（1）锚杆支护不但能及时支护围岩，防止松动圈的扩大，而且一定程度的提高锚固区岩体的强度、弹性模量、粘聚力和内摩擦角等力学参数，并给围岩施加一定的压力，改善围岩应力状态，提高围岩自身承载能力，很好的适应围岩压力大、来压快的特点。（2） 扩大断面二次支护其机理在于当初始压力大、变形量大时硬抗是困难的，第一次支护变形将卸掉部分应力，膨胀量将大幅减少。二次锚注支护，将阻止围岩继续变形，即所谓“先让后抗”机理，很好适应变形持续时间长的特点。及时喷射混凝土层能有效地防止围岩的风化，有利于巷道的稳定。（3）采用锚注支护技术能有效地固化围岩，使巷道松散岩体形成一个再生自然拱，提高围岩的整体性和稳定的结构性，封堵裂隙，阻止水的渗透，有效地防止软岩遇水膨胀及软化，使围岩位移量减小，巷道变形得到了明显控制。 5、 结论自转入井底车场建设后，在局部出现的底鼓冒顶现象得到得了很好的控制，据检测数据显示巷道已经进入稳定阶段。实践表明支护技术能有效地释放初压，适应软岩巷道围岩的变形特点。在软岩破碎带的巷道施工时，应视围岩应力大小，及时调整支护参数和支护材料，并且在二次支护的基础上加锚索支护，有效地控制围岩变形和松动圈的扩大，达到支护目的。参考文献1何满潮、孙晓明著，中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南，科学出版社，20042高斌、毛春玲，