軟巖巷道變形規(guī)律及加固處理技術(shù)研究

彭 偉 張向東

(1.鄂爾多斯昊華紅慶梁礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000； 2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)土木與交通學(xué)院,遼寧 阜新 123000)

軟巖巷道變形規(guī)律及加固處理技術(shù)研究

彭 偉1張向東2*

(1.鄂爾多斯昊華紅慶梁礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000； 2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)土木與交通學(xué)院,遼寧 阜新 123000)

以紅慶梁煤礦主斜井巷道松軟巖泥化變形段為研究對象，通過現(xiàn)場圍巖收斂變形監(jiān)測，研究了圍巖的失效機理，提出了采用注漿、超前小導(dǎo)管排樁、液壓支架和錨索+槽鋼聯(lián)合錨網(wǎng)噴架4種支護(hù)方案，并通過加固前后圍巖收斂變形量和變形速率，證實了錨索+槽鋼聯(lián)合錨網(wǎng)噴架支護(hù)形式的有效性，具有重要的工程實踐意義。

主斜井，軟巖，收斂變形，加固方案，監(jiān)測

1 工程概況

紅慶梁煤礦主斜井設(shè)計斜長1 744 m，凈斷面面積17.9 m2。在主井190 m～360 m基巖段，采用錨網(wǎng)噴+25號U型鋼支架支護(hù)[1]，樹脂錨桿采用φ20×2 400 mm的左旋螺紋鋼錨桿，K2335和K2360樹脂錨固劑各1卷，錨固長度0.8 m～1.5 m，錨桿采用梅花形布置，錨桿間排距為800 mm×800 mm，設(shè)計錨固力為50 kN；鋼筋網(wǎng)采用φ6.5 mm的光圓鋼筋焊接，網(wǎng)格尺寸為100 mm×100 mm，網(wǎng)片尺寸為1.8 m×2.1 m，搭接長度0.1 m；噴層厚度d=150 mm。U型鋼支架采用25號U型鋼，支架間距0.8 m～1.0 m。

據(jù)實際情況揭露，在主井井筒230 m～360 m遭遇一層較大的含水砂巖層，涌水量達(dá)到15 m3/h～20 m3/h，經(jīng)測試此砂巖層蒙脫石含量達(dá)到17.1%，為中膨脹砂巖[2，3]。該砂巖層巖石強度低、軟化系數(shù)小、含水量高，遇水泥化、崩解嚴(yán)重。加之原有支護(hù)結(jié)構(gòu)強度不足，使得主井井筒掘進(jìn)至400 m后，主井300 m～360 m處發(fā)生了較為明顯的收斂變形，經(jīng)現(xiàn)場圍巖收斂變形監(jiān)測，此段巷道圍巖頂?shù)装逡平冃渭s為81.2 mm。由于施工進(jìn)度要求，變形巷道無法及時修復(fù)，因此采用臨時工字鋼支架的方法暫時支撐巷道，減緩變形的發(fā)展，待施工條件允許后，及時進(jìn)行刷幫、擴頂處理，以使主井井筒尺寸達(dá)到設(shè)計要求。

2 泥化變形巷道處理技術(shù)方案

基于主斜井變形段圍巖巷道變形收斂的實際情況，根據(jù)以往經(jīng)驗提出采用以下4種井筒松軟巖泥化變形段處理技術(shù)方案，包括：

1)錨網(wǎng)噴架+注漿加固處理技術(shù)方案。根據(jù)圍巖松動圈探測范圍，確定注漿加固范圍和加固深度，先進(jìn)行變形段圍巖注漿，改善圍巖力學(xué)性能、提高圍巖整體穩(wěn)定性、增加圍巖自承能力[4，5]。之后對原巷道進(jìn)行刷幫、挑頂?shù)龋瑢鷰r進(jìn)行初噴封閉，再掛鋼筋網(wǎng)(索)、打錨桿、架設(shè)U型鋼支架、復(fù)噴等施工進(jìn)行變形段巷道修復(fù)。

2)錨網(wǎng)噴架+超前小導(dǎo)管排樁加固處理技術(shù)方案。根據(jù)圍巖松動圈探測范圍，確定超前小導(dǎo)管排樁的加固范圍[6]。進(jìn)行變形段超前小導(dǎo)管排樁施工，提高圍巖整體穩(wěn)定性。之后對原巷道進(jìn)行刷幫、挑頂?shù)龋M(jìn)行初噴對圍巖進(jìn)行封閉，再掛鋼筋網(wǎng)(索)、打注漿錨桿、架設(shè)U型鋼支架、澆筑鋼筋混凝土層等施工進(jìn)行變形段巷道修復(fù)。

3)錨網(wǎng)噴架+支架加固處理技術(shù)方案。采用液壓支架或鋼結(jié)構(gòu)桁架等形式，對變形段圍巖進(jìn)行臨時支撐，之后對原巷道進(jìn)行刷幫、挑頂?shù)龋M(jìn)行初噴對圍巖進(jìn)行封閉，再掛鋼筋網(wǎng)、打注漿錨桿(索)、架設(shè)U型鋼支架、復(fù)噴等施工進(jìn)行變形段巷道修復(fù)[7]。

4)錨索+槽鋼+錨網(wǎng)噴架支護(hù)技術(shù)方案。在圍巖變形處于穩(wěn)定階段時，對井筒采用錨索加槽鋼加固，之后對巷道進(jìn)行逐排刷幫和挑頂施工。達(dá)到巷道設(shè)計尺寸之后再采用錨桿、鋼筋網(wǎng)、U型鋼金屬支架和噴射混凝土施工對巷道進(jìn)行修復(fù)。

3 軟巖巷道變形監(jiān)測

3.1 監(jiān)測方法和計算依據(jù)

為測定圍巖表面水平與垂直方向收斂量或收斂速度，判定圍巖穩(wěn)定性，應(yīng)測定圍巖頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平縖8]。每個觀測斷面分別設(shè)置4個測點，即在兩幫、拱頂和拱底各設(shè)一個測點，見圖1。

頂?shù)装逡平坎捎檬?1)計算：

Δy=yi-y0

(1)

3.2 結(jié)果分析

現(xiàn)場監(jiān)測選取巷道340 m和360 m兩個監(jiān)測斷面，修復(fù)前后兩個斷面的頂?shù)装鍑鷰r變形量和變形速率見圖2。

從圖2可以看出，巷道開挖后，由于砂巖遇水泥化、崩解，造成支護(hù)結(jié)構(gòu)強度不足，導(dǎo)致圍巖發(fā)生較大的收斂變形，巷道開挖150 d后兩個斷面的頂?shù)装逡平糠謩e達(dá)到81.2 mm和79.6 mm，巷道圍巖變形主要發(fā)生在巷道開挖20 d之內(nèi)。此后，由于設(shè)置了工字鋼棚支架，巷道變形速率迅速降低。此后井筒的變形僅為觀測期變形的6.27%～24.24%。

由圖2可知，巷道開挖120 d后，巷道變形已基本穩(wěn)定，此時為巷道變形加固、修復(fù)的最終時機。綜合考慮經(jīng)濟效益、施工安全和方便，最終決定采用錨索+槽鋼+錨網(wǎng)噴架加固處理技術(shù)方案。加固處理后圍巖收斂變形監(jiān)測結(jié)果如圖2b)所示。從圖2b)可以看出，經(jīng)采用錨索+槽鋼+錨網(wǎng)噴加固處理后，巷道變形顯著減小，只是加固初期，因巷道刷幫、挑頂?shù)仁┕ぴ斐上锏雷冃嗡俾瘦^大，巷道刷幫、挑頂施工完成后，巷道變形速率逐漸減小，直至基本穩(wěn)定。

4 結(jié)語

1)主井遭遇砂巖強度低、軟化系數(shù)小、含水量高，遇水泥化、崩解嚴(yán)重，加之原有支護(hù)結(jié)構(gòu)強度不足等是主井發(fā)生較為明顯的收斂變形的主要原因。

2)針對紅慶梁煤礦300 m～360 m的變形段，提出了注漿、超前小導(dǎo)管排樁、液壓支架和錨索+槽鋼聯(lián)合錨網(wǎng)噴架4種支護(hù)方案。采用錨索+槽鋼+錨網(wǎng)噴架加固處理后，巷道基本穩(wěn)定。

[1] 張向東,趙鵬濤.復(fù)合型軟巖巷道支護(hù)研究[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報,2013,24(3):111-117.

[2] 喬永平,馮朝旭.軟巖巷道破壞分析及其支護(hù)參數(shù)的選擇[J].煤,2001(10):642-643.

[3] 董方庭.巷道巖巖松動圈支護(hù)及應(yīng)用技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2001.

[4] 余偉健,王衛(wèi)軍,黃文忠.高應(yīng)力軟巖巷道變形與破壞機制及返修控制技術(shù)[J].煤炭學(xué)報,2014,39(4):614-623.

[5] 王 超,黃小平,劉 洋.軟巖巷道收斂監(jiān)測及變形破壞規(guī)律研究[J].陜西煤炭,2006(2):4-6.

[6] 楊大林,王文龍,張忠宇.不同支護(hù)結(jié)構(gòu)對深部巷道圍巖變形的時效分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2010,38(9):14-18.

[7] 許興亮,張 農(nóng).富水條件下軟巖巷道變形特征與過程控制研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2007,36(3):298-302.

[8] 馬 馳.變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理的方法[J].學(xué)園,2014(3):51-52.

Research on soft rock roadway deformation law and reinforcement treatment technology

Peng Wei1Zhang Xiangdong2*

(1.OrdosHaohuaHongqingliangMiningLimitedCompany,Ordos017000,China;2.CivilEngineeringandTransportationSchool,LiaoningEngineeringTechnologyUniversity,Fuxin123000,China)

Taking the roadway soft rock mud deformation section of Hongqingliang mining main shaft as the research object, through the convergence deformation monitoring of field surrounding rock, researched the failure mechanism of surrounding rock, put forward the grouting, advanced small pipe piles, hydraulic support and anchor cable + channel steel combined anchor mesh frame 4 support schemes, and through the before and after surrounding rock convergence deformation amount and deformation rate, confirmed the validity of anchor cable + channel steel combined anchor mesh frame support forms, had important practical significance.

main shaft, soft rock, convergence deformation, reinforcement scheme, monitoring

2015-04-01

彭 偉(1966- )，男，高級工程師

張向東(1962- )，男，博士，博士生導(dǎo)師，教授

1009-6825(2015)17-0033-02

TD263

A