軟弱巖層中礦井大巷底鼓治理技術(shù)

郭興川

（山西省煤炭工程項(xiàng)目咨詢評審中心,太原 030012）

軟弱巖層中礦井大巷底鼓治理技術(shù)

郭興川

（山西省煤炭工程項(xiàng)目咨詢評審中心,太原 030012）

針對布置在軟弱巖層中的礦井大巷受底板巖層軟弱和積水泥化作用影響，上覆巖層應(yīng)力通過兩幫作用在底板上，極易造成底板鼓起的難題。通過分析坪上煤礦井下運(yùn)輸大巷底鼓原因，提出了在底板鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、底梁、錨索并對頂幫進(jìn)行加固的組合錨注加固技術(shù)，使頂幫和底板支護(hù)形成有機(jī)的整體，減少了大巷維修量，取得了良好的效果。

軟弱巖層；底鼓；組合錨注；加固

1 運(yùn)輸大巷基本情況

坪上煤礦運(yùn)輸大巷是礦井主要運(yùn)輸大巷，其埋藏深度約為870 m，巷道為半圓拱形斷面，凈寬4.5 m，凈高3.4 m。巷道底板為泥巖等軟弱巖層，自身結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度低，且遇水膨脹，局部地段在地應(yīng)力作用下產(chǎn)生底鼓現(xiàn)象，底鼓最大量為0.5 m。雖經(jīng)多次起底，效果仍不明顯。

2 底板破壞機(jī)理分析

運(yùn)輸大巷埋深大，地應(yīng)力大。頂?shù)装鍑鷰r情況比較復(fù)雜。巷道底板處于高應(yīng)力場的力學(xué)環(huán)境中，底板呈現(xiàn)顯著的塑性和流變性。

運(yùn)輸大巷屬于軟弱巖層巷道。巖層的巖性為軟弱的泥巖，遇水膨脹并發(fā)生泥化。大巷開挖后，破壞了原巖的應(yīng)力平衡狀態(tài)，周圍巖體由三向受力變?yōu)槎蚴芰Γ趹?yīng)力的作用下，圍巖向巷道空間收斂變形，由于頂幫采用較高強(qiáng)度的錨網(wǎng)噴支護(hù)，而底板為自由面，上覆巖層應(yīng)力通過兩幫作用在底板上，極易造成底板鼓起。

目前,對巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)首先是針對頂幫的，其支護(hù)強(qiáng)度和密度可以方便增加，甚至完全超過了所要承受的作用力，但對于底板控制則受到許多限制，底鼓不可避免。

3 組合錨注加固技術(shù)原理

錨注加固作用形成的組合拱結(jié)構(gòu)可對加固范圍外破裂巖體提供可靠的徑向約束，破裂巖體在徑向有效約束的作用下，具有較高極限承載能力和抗變形能力，并逐步顯出應(yīng)力強(qiáng)化的特性，可使深部未破壞巖體處于高應(yīng)約束條件下三軸應(yīng)力狀態(tài)，巖體的峰值強(qiáng)度顯著提高，不易再造成深部完整巖體的再壞，使圍巖的塑性區(qū)的發(fā)展和塑性變形得到有效控制;相應(yīng)由彈性和塑性變形及膨脹生的作用在錨注加固拱上的應(yīng)力也逐步趨于穩(wěn)定，使巷道圍巖的變形得到控制，保證巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。

錨注加固改善了軟弱巖層力學(xué)狀態(tài)，組成的多層組合拱結(jié)構(gòu)具有較好的整體性、穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)性、較高的承載力和較強(qiáng)的讓壓和抗變形能力，有效阻止了圍巖深部塑性區(qū)的發(fā)展。

錨注支護(hù)與其他支護(hù)形式共同作用時，錨注支護(hù)可以使破碎圍巖保持較好的整體性和較強(qiáng)的讓壓變形能力，而其他支護(hù)形式可以對圍巖施加外部應(yīng)力和位移約束，相當(dāng)于提高了圍巖的側(cè)向圍壓，則可以充分利用深部圍巖強(qiáng)度，二者共同作用，能夠滿足軟巖巷道中軟弱破碎圍巖的支護(hù)要求。

利用組合錨索緊固住鋪在底板上的梁網(wǎng)混凝土體，并在梁網(wǎng)混凝土體下注漿加固，封閉并恢復(fù)底板下部巖石的強(qiáng)度，將這一方法稱之為組合錨注加固技術(shù)，與頂幫支護(hù)形成有機(jī)的整體，使巷道整個斷面受力均勻，保持巷道的穩(wěn)定。

4 組合錨注加固方案

4.1 底板錨注加固主要工序

1）因底板較松軟破碎，直接打孔成孔困難，先對底板進(jìn)行淺部6 m預(yù)注漿，同時為打組合錨索孔和深孔注漿承壓創(chuàng)造條件。

2）施工組合錨索孔，編制并安裝組合錨索，下注漿管封孔。

3）利用錨索孔對底板深部進(jìn)行高壓注漿。

4）將巷道底板臥至設(shè)計(jì)標(biāo)高以下300～400 mm，并依次鋪鋼筋網(wǎng)、下底梁、再鋪鋼筋網(wǎng)、上大、小托盤、張拉錨索，澆混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

5）待澆混凝土凝固后再對底板打6 m淺孔進(jìn)行二次注漿。

6）對巷道頂幫補(bǔ)打頂、幫錨索，并利用錨索孔對巷道頂、幫深部進(jìn)行化學(xué)（或水泥）注漿，加固圍巖深部巖層。

4.2 底板組合錨注技術(shù)參數(shù)

2）淺部預(yù)注漿孔布置：淺部預(yù)注漿孔布置與組錨孔相同，孔徑90 mm，孔深6 m。

4.3 組合錨索規(guī)格形式

4.4 底板澆混凝土

澆注混凝土標(biāo)號為C20，要求用振動棒搗實(shí)，厚度300～400 mm。

4.5 頂幫淺部注漿孔布置及參數(shù)

頂幫注漿孔采用排式布置，排距3 m，每排均布7個注漿孔，其中正頂1個,巷道兩肩各1個，兩幫各1個，兩底角各1個。注漿孔參數(shù)：孔徑42 mm，孔深3 m。巷道頂幫淺部注漿孔布置示意圖，見圖2。

4.6 頂幫錨索布置及參數(shù)

巷道頂幫錨索同樣采用排式布置，排距2 m，每排均布7根錨索，原則上錨索間距應(yīng)控制在1.3～1.5 m。其中正頂1根,巷道兩肩各1根，兩幫各2根。巷道頂幫錨索布置示意圖，見圖3。

4.7 注漿管形式及封孔方式

注漿管形式：頂幫淺部注漿采用4分鋼管，長2 m，一端套扣；錨索孔化學(xué)注漿采用8 mm銅管，長2 m。封孔方式：4分管封孔采用水泥水玻璃塑膠泥封孔，封孔長度0.5 m；8 mm銅管封孔采用棉絲蘸化學(xué)漿進(jìn)行端部封孔。

5 結(jié)束語

1）利用錨注加固結(jié)構(gòu)體具有的應(yīng)力強(qiáng)化特性，可對軟弱圍巖提高應(yīng)力的結(jié)構(gòu)性約束，使破裂巖體發(fā)揮應(yīng)力強(qiáng)化特性，成為支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效承載體。

2）巷道底板在有支護(hù)的情況下，底鼓現(xiàn)象明顯減少。因此，軟弱巖層中礦井大巷必須注重對巷道底板的維護(hù)。

3）組合錨注加固技術(shù)，使坪上煤礦運(yùn)輸大巷頂幫支護(hù)與底板支護(hù)形成有機(jī)的整體，使巷道整個斷面受力均勻，保持了巷道的穩(wěn)定，減少了底鼓的發(fā)生。

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Floor Heave Control of Roadways in Soft Strata

GUO Xingchuan

(Shanxi Consulting and Evaluating Center for Coal Projects,Taiyuan 030012,China)

Main mining roadways in soft strata are susceptible to the influence of soft floor and mudding.The stress of overlying strata on floor is likely to cause floor heave through two sides.On the analysis of the floor heave of the main haulage roadway in Pingshang Mine,the study proposed a composite bolt-grouting reinforcement technology by laying steel mesh,bottom beams,and anchor on the floor and by reinforcing the roof and two walls,which could integrate the support for the roof,side walls and floor.The technology could reduce the amount of maintenance,which has achieved ideal effects.

soft strata;floor heave;composite bolt-grouting;reinforcement

TD353

A

1672-5050（2015）02-0036-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.012

（編輯：劉新光）

2015-01-09

郭興川（1978-），男，山西交城人，大學(xué)本科，工程師，從事煤炭安全技術(shù)管理工作。