某大高度富水硐室底板砂漿錨索施工實踐

郭成鉞

（山西高河能源有限公司）

某大高度富水硐室底板砂漿錨索施工實踐

郭成鉞

（山西高河能源有限公司）

為了確保某大斷面富水硐室可長期使用及經受后期采動影響，針對現場硐室底板滲水嚴重及水泥砂漿錨固性能不足，提出了水泥端錨全長砂漿錨索施工方式，數值模擬研究了錨網索底板支護對支護承載結構的影響，得出底板錨網索能改善底板彎矩分布并提高底板承載結構的穩定性。實踐表明：底板錨索合格率達到了97%，所述施工方式可有效解決類似條件下底板錨索由于水及施工高度太高帶來的施工難題。

大斷面硐室 錨網索 承載結構 水泥端錨

底鼓是煤礦巷道中經常發生的動力現象，也是煤礦巷道治理的難點，而且隨采深和巷道斷面增加，底鼓顯現越明顯［1-3］。底鼓的防治總體上包括加固法和卸壓法二大類，卸壓法難以實施，錨網索支護治理底鼓，不但能提高底板巖體強度，而且通過對底板施加預緊力，改善其應力狀態，挖底工程量大幅減小［4-5］。某礦架空乘人車硐室為采區重要硐室，其掘進后需經受附近回風下山掘進影響，而且后期要受工作面采動影響，若失穩，其采區皮帶運輸及行人系統將無法正常運轉，會對礦區造成重大經濟損失。礦方對硐室幫頂進行二次錨網支護基礎上，決定對底板進行錨網索施工。底板錨網索錨索不同于幫頂錨索施工，其塌孔是困擾各礦的難題，硐室圍巖含水豐富影響錨固效果，硐室高度過大，錨索鉆機無法支撐到頂板，需要對其施工展開研究探討。

1 工程概況

硐室設計為半圓拱形斷面，埋深753 m，理論上巷道所處垂直應力為20 MPa左右。硐室所處區域為斷層構造帶。硐室圍巖含水豐富，掘進巷道圍巖頂幫淋水、底板滲水嚴重，底板打鉆鉆眼剛施工完畢，水即充滿整個鉆眼。圍巖主要為泥巖及細砂巖，在斷層構造影響下，巷道圍巖內部節理裂隙發育。雖受內部結構面影響，巖體本身強度大大降低，同時低強度的泥巖在結構面和水的雙重作用下，圍巖體力學性質嚴重弱化。

2 底板錨網索施工

2.1 底板支護技術方案

底板錨網索具體參數為φ20 mm×2 400 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距800 mm×900 mm，每個錨桿孔使用2支Z2350樹脂錨固劑，理論錨固長度1.38 m，每個斷面采用2根4孔鋼筋梯子梁，并保證壓茬，預緊力矩200 N·m；φ17.8 mm×5 000 mm錨索預緊力100 kN。

2.2 底板施工工序

硐室底板采取錨網索加固底板，考慮到硐室底板局部表層比較破碎，先盡量找硬底，再施工錨桿，然后再做第一層地坪，底板總體的施工工序為打錨桿（外露80～100 mm）—澆灌第一層地坪（厚度約50 mm）—掛鋼筋網上鋼筋梯子梁—錨桿預緊—打錨索眼—錨索鉆孔孔底塞10卷速凝水泥藥卷—錨索注漿—錨索張拉（注漿養護至少72 h）—澆灌第二層地坪（厚度覆蓋14＃槽鋼托盤，約150 mm），此外對于局部特別破碎的底板，應提前注漿。

2.3 底板施工配套設備

（1）錨桿施工。底板錨桿采用YT28型風錘施工，孔徑為28 mm。為保證錨桿的角度盡量垂直于底板，采用1.2 m短釬子套2.6 m長釬子的方式施工。

（2）錨索施工。ZQJJ－200／1.8現場實施鉆頭直徑75 mm，實際鉆孔直徑能達到90 mm，可以很好地解決底板錨索鉆孔塌孔問題。

（3）注漿設備。采用2Zbq－30／3注漿泵，底板含水豐富，鉆打錨索眼過程發現，打眼剛完畢，底板水馬上充滿了整個鉆孔眼，底板要求的注漿壓力比較大，為3～4 MPa。

2.4 水泥端錨全長砂漿錨索錨固機理

錨索水泥端錨注漿加固技術是融合錨固、封孔、注漿工藝為一體的加固技術，將注漿技術與錨索加固技術進行有機結合，充分發揮注漿加固和錨索加固的各自優勢。其加固機理主要體現在如下幾個方面：①錨索水泥端錨注漿通過注漿加固了底板，提高了底板的整體性以及底板巖體力學參數［6］，同時又給錨索提供了可靠的著力基礎，充分發揮錨索主動加固的性能，增加了底板巖體的承載能力，從而達到控制底板峰后力學行為的目的；②漿液封堵底板巖體的裂隙，隔絕空氣，相對減弱水和空氣對巖體產生的弱化作用［7］；③全長錨固提高了支護結構的整體剛度［8］。

2.5 富水條件下底板錨索施工

因底板含水豐富、砂漿錨索安裝鉆孔直徑大、水泥砂漿凝固時間長等缺點，錨固效果不理想。該礦類似富水條件底板錨索施工發現錨索合格率不高，大概為50%。于是提出了水泥端錨全長砂漿錨索施工方式，其區別就是提前塞10卷水泥速凝藥卷于孔底，水泥藥卷錨固性能強于水泥漿，能讓錨索提前形成端部錨固。在端頭塞水泥速凝錨固劑，對錨固效果加以改進。錨索水泥端錨注漿結構示意如圖1（a）所示。錨索注漿時需要在孔口封孔，新加工了如圖1（b）所示φ60 mm大直徑注漿管，封孔僅需2卷速凝水泥藥卷且效果好，圖1（c）為現場施工的錨索。

圖1 水泥端錨全長砂漿錨索

2.6 大高度硐室底板錨索施工

絞車房設計高度4.8 m，實際高度5～5.4 m，ZQJJ－200／1.8無法從頂板固定鉆機，于是需加工圖2所示底架，很好解決了大高度底板錨索的施工難題。鉆機卸掉底座的4個螺栓，然后通過4個鉆機固定底架孔將鉆機固定在底架上，于4個底架固定底板孔內施工φ22 mm×1 000 mm短錨桿將底板固定在底板上。底架可調整底架鉆機固定孔組數及調整單次錨索施工數量與錨索孔間距。現場施工圖見圖3。

3 底板支護作用數值模擬分析

硐室斷面大小為6.0 m×4.8m，埋深753 m，計算模型大小為寬×高＝50 m×50 m，共劃分20 000個單元，左右邊界為單約束邊界（x和y方向位移≠0），底邊界為全約束邊界（x和y方向位移＝0），上邊界為自由邊界，但施加等效應力，等效上覆載荷作用，垂直應力取16.7 MPa，水平側壓系數取1.0，力學分析模型如圖4所示。

圖2 底架加工示意

圖3 錨索現場施工

圖4 數值模擬模型

圖5（a）為底板未治理二次錨網支護彎矩分布情況。圖5（b）是硐室二次支護完成后對底板采取錨網索控制措施的支護承載結構的彎矩分布情況。與圖5（a）相比，幫腳、幫中及靠近幫腳的底板彎矩變化不明顯，起拱線及肩窩之間最大彎矩下降13.6%，肩窩附近下降10.8%，最主要的彎矩變化是底板中間位置，由于補強錨索的作用，原先中間位置的最大彎矩向兩幫腳偏移，最大彎矩降低約50%，有利于底板和幫腳圍巖的穩定。底板治理對改善底板彎矩分布形態起著至關重要的作用，能有效避免正彎矩導致支護承載結構內側受拉，提高底板承載結構的穩定性，同時能優化起拱線到頂板位置的彎矩分布，提高支護承載結構的穩定性。

4 結 論

底板錨索一直是困擾某煤礦的施工難點，尤其進入深部開采后，局部巷道底鼓嚴重，引進ZQJJ－ 200／1.8底板錨索鉆機對某硐室底板施工。為了檢驗其施工后錨索效果，錨索注漿養護至少72 h后，以預緊力100 kN為合格指標，來對其效果進行評價。絞車房共施工30根錨索，經過檢驗合格率達到了97%，僅1根不合格。底架方便地解決了大高度底板錨索施工難題，且施工速度快，1個班可施工6～9根底板錨索。所述施工方式可有效解決類似條件下底板錨索由于水及施工高度太高帶來的施工難題。

圖5 支護承載結構彎矩分布（單位：N·m）

［1］孟祥閣，謝文兵，荊升國，等.深井軟巖巷道底鼓分層錨注支護技術［J］.煤炭科學技術，2011，39（9）：22-25.

［2］姜耀東，趙毅鑫，劉文崗，等.深部開采中巷道底鼓問題的研究［J］.巖石力學與工程學報，2004，23（14）：2396-2401.

［3］趙明洲，張繼華，汪華君.深井準備巷道底鼓成因及其防治對策［J］.煤炭科學技術，2011，39（10）：26-28.

［4］田 磊，謝文兵，荊升國，等.綜放跨采巷道棚－索耦合協同支護技術［J］.煤炭科學技術，2011，39（11）：44-47.

［5］孫玉寧，周鴻超，周建榮.半煤巖軟底巷道底鼓控制技術［J］.采礦與安全工程學報，2007，24（3）：340-344.

［6］李學華，楊宏敏.動壓軟巖巷道錨注加固機理與應用研究［J］.采礦與安全工程學報，2006，23（2）：159-163.

［7］劉文濤，王安舍，張正斌，等.中空注漿錨索在沿空留巷支護中的應用［J］.煤炭工程，2011，（6）：42-44.

［8］孟慶江，劉喜忠，李國鋒.興安礦深部軟巖巷道底鼓控制對策［J］.煤礦開采，2008，13（4）：63-65.

Practical Construction of Floor M ortar Anchor in Large Height Rich-water Chamber

Guo Chengyue
（Gaohe Energy Limited Company of Shanxi）

In order to ensure thata large section of rich water chamber can be used for a long time or hold the late impacts ofmining，and for serious water seepage of the chamber floor and bad anchoring performance of cementmortar，the whollymortar cable constructionmethod with the cementend anchor is proposed.The numerical simulation ismade to study the impact of cable anchor plate support to supporting bearing structure.It is obtained that the bottom cable anchor can improve the distribution of plate＇s bendingmomentand the stability of floor load-bearing structure.The practice shows that：the bottom cable pass rate reached 97%and the construction method can effectively solve the difficulties in construction of the bottom anchor under similar conditions due to rich water and high construction height.

Large-section chamber，Cable anchor，Bearing structure，Cement end anchor

2013-08-11）

郭成鉞（1985—），男，助理工程師，047100山西省長治市。