深井高應(yīng)力軟巖硐室絞車基礎(chǔ)的抗變形加固技術(shù)研究

陳德重，劉金亮

（新汶礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司華豐煤礦，山東 泰安 271413）

深井高應(yīng)力軟巖硐室絞車基礎(chǔ)的抗變形加固技術(shù)研究

陳德重，劉金亮

（新汶礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司華豐煤礦，山東 泰安 271413）

華豐煤礦五水平管子井絞車房硐室由于埋深較大，圍巖表現(xiàn)出強(qiáng)烈的高應(yīng)力軟巖性質(zhì)，流塑性強(qiáng)、變形量大。受采動(dòng)壓力和深部礦壓的影響，絞車房硐室底臌十分嚴(yán)重，引起絞車基礎(chǔ)過大變形，影響了提升機(jī)的正常使用。即使利用以前的支護(hù)加固方式，重新修復(fù)硐室和絞車基礎(chǔ)，也難以控制底板圍巖的再變形。為了解決這一難題，本文提出鋼軌抗滑樁、抗浮錨桿及鋼筋混凝土基礎(chǔ)相結(jié)合的底板抗變形加固治理技術(shù)，形成的支護(hù)結(jié)構(gòu)整體性能強(qiáng)、穩(wěn)定性能高，有效的控制了硐室底板變形，保證了絞車基礎(chǔ)的正常使用。該技術(shù)的成功，為類似難題的解決，提供了很好的借鑒。

高應(yīng)力軟巖；絞車基礎(chǔ)；變形；加固

1 引 言

高應(yīng)力軟巖問題從20世紀(jì)60年代起就作為世界性難題被提了出來，在礦山工程，水利水電工程，鐵路，公路，港口工程和建筑工程以及國(guó)防軍事工程等領(lǐng)域中都常常遇到與軟巖有關(guān)的復(fù)雜問題，特別是煤礦高應(yīng)力軟巖問題一直是困擾煤礦生產(chǎn)和建設(shè)的重大難題之一。

2 高應(yīng)力軟巖巷道變形機(jī)理分析

高應(yīng)力軟巖工程特點(diǎn)是在深度不大時(shí)，表現(xiàn)為硬巖的變形特征；當(dāng)深度加大至一定程度時(shí)，就表現(xiàn)為軟巖的變形特征。巷道開挖后，巷道表面圍巖三向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)槎驊?yīng)力狀態(tài)，若圍巖的二次應(yīng)力超過巖體的強(qiáng)度，圍巖就會(huì)發(fā)生破壞，靠近壁面的巖體最先破壞。隨著最大主應(yīng)力集中區(qū)向圍巖內(nèi)部移動(dòng)，巷道周邊圍巖應(yīng)力重新進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后圍巖出現(xiàn)了四個(gè)分區(qū)，自空區(qū)向外依次是：塑性流動(dòng)區(qū)、塑性軟化區(qū)、塑性硬化區(qū)、彈性區(qū)。經(jīng)分析高應(yīng)力軟巖巷道的變形主要分布在圍巖塑性軟化區(qū)和塑性流動(dòng)區(qū)。

3 工程概況

華豐煤礦位于山東省寧陽縣華豐鎮(zhèn)境內(nèi)，位于新汶煤田最西端的相對(duì)獨(dú)立的礦井。華豐煤礦采用多水平傾斜巷道開拓開采，地質(zhì)條件復(fù)雜，變形大、斷層多。五水平管子井絞車房埋深較大，圍巖表現(xiàn)出強(qiáng)烈的高應(yīng)力軟巖性質(zhì)，流塑性強(qiáng)、變形量大，影響了提升機(jī)的正常使用和煤礦的安全生產(chǎn)。

4 加固方案

通過對(duì)高應(yīng)力軟巖巷道變形機(jī)理分析和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究，掌握了華豐煤礦軟巖巷道圍巖的變形規(guī)律和破壞機(jī)制，在此基礎(chǔ)上，本文提出了采用鋼軌抗滑樁、抗浮錨桿及鋼筋混凝土基礎(chǔ)相結(jié)合的底板抗變形加固技術(shù)，對(duì)五水平管子井絞車房絞車基礎(chǔ)加固技術(shù)進(jìn)行改造，以達(dá)到有效控制絞車房硐室底板變形，避免由于硐室的底臌而影響提升機(jī)的正常使用。

4.1 鋼軌抗滑樁

為了阻止絞車房基礎(chǔ)以下地基在高地應(yīng)力條件下沿著滑裂面滑移而產(chǎn)生底臌，采用微型抗滑樁。抗滑樁結(jié)構(gòu)：微型抗滑樁材料利用礦上現(xiàn)有的廢舊道軌制成，長(zhǎng)度4～5m。抗滑樁采用雙排交叉布置，內(nèi)排為垂直布置，外排向外偏斜10°。

4.2 抗浮錨桿結(jié)構(gòu)

由于絞車房硐室跨度較大，為保證底板的穩(wěn)定性，采用抗浮錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)。抗浮錨桿布置于絞車房的中線周圍。抗浮錨桿采用預(yù)應(yīng)力自進(jìn)式錨桿。錨桿前端有穿透力極強(qiáng)的鉆頭。在一般鑿巖機(jī)械的作用下，鉆頭可以輕易穿透各類巖石。鉆桿具有連續(xù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)波形螺紋，可以配合鉆頭完成鉆孔。鉆桿的錨桿體無需拔出，其中空可作為注漿通道，從里至外進(jìn)行注漿。高效能的止?jié){塞使注漿能保持較強(qiáng)的壓力，以便充分地充填空隙，固定破碎巖體；高強(qiáng)度的墊板、螺母可以將深層圍巖應(yīng)力均勻地傳遞到周圍巖石壁上，達(dá)到圍巖與錨桿互為支護(hù)的目的。采用機(jī)械切削工藝加工的高強(qiáng)度連接套，使自進(jìn)式錨桿具有邊鉆進(jìn)邊加長(zhǎng)的特性，使其可適用于較小的施工空間，實(shí)現(xiàn)了特長(zhǎng)錨桿加固圍巖的設(shè)計(jì)目的。由于該錨桿三位一體的功能，使得它在各類圍巖條件下施工時(shí)，不需套管護(hù)壁、預(yù)注漿等特殊手法也能形成錨孔并保證錨固與注漿效果。

4.3 鋼筋混凝土基礎(chǔ)

為保證絞車底板的穩(wěn)定，采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)。為使錨桿與基礎(chǔ)的整體性較好并便于施工，基礎(chǔ)底部采用平整地基。

混凝土標(biāo)號(hào)：從保證混凝土施工質(zhì)量的角度考慮，采用常規(guī)標(biāo)號(hào)C40細(xì)石混凝土。混凝土基礎(chǔ)厚度：剖面圖中基礎(chǔ)最小厚度滿足850mm，其它部位混凝土的厚度按實(shí)際工程工藝要求設(shè)置，大約2800mm厚。基礎(chǔ)鋼筋：為防止鋼制混凝土自身收縮引起裂縫及局部受力不均勻引起內(nèi)裂縫，基礎(chǔ)內(nèi)置上、下兩層φ12@200雙向鋼筋網(wǎng)。當(dāng)混凝土厚度＞1800mm時(shí)，每隔1000mm增加一層φ12@200的鋼筋網(wǎng)。上、下層鋼筋網(wǎng)及中間鋼筋網(wǎng)之間梅花狀設(shè)支撐凳筋φ16@600于鋼筋交叉點(diǎn)處。留孔與灌漿：每個(gè)螺栓留設(shè)直徑不小于200mm的安裝孔，且混凝土頂部留100mm后澆層。待設(shè)備就位后用C45膨脹細(xì)石混凝土灌孔固定設(shè)備螺栓，再澆后澆層至設(shè)計(jì)標(biāo)高并找平抹光。基坑四周設(shè)鋼筋混凝土圍梁，在400×500mm范圍內(nèi)上、下各設(shè)5φ25鋼筋，4φ8@200箍筋，防止由于基礎(chǔ)側(cè)向變形引起的設(shè)備運(yùn)行不利。

5 加固效果

采用鋼軌抗滑樁、抗浮錨桿及鋼筋混凝土基礎(chǔ)相結(jié)合的底板抗變形加固技術(shù)與以往加固方法相比，取得了明顯的效果：形成的支護(hù)結(jié)構(gòu)整體性能強(qiáng)、穩(wěn)定性能高，有效控制了絞車房硐室底板的變形，減少了硐室的維修次數(shù)，有力保障了礦井的安全生產(chǎn)。

6 結(jié) 論

華豐煤礦五水平管子井絞車房基礎(chǔ)抗變形加固技術(shù)的成功應(yīng)用，解決了深部高應(yīng)力軟巖硐室的支護(hù)難題。主要結(jié)論如下：

（1）利用抗滑樁+錨注+鋼筋混凝土基礎(chǔ)加固圍巖，充分發(fā)揮了圍巖本身的自承作用，變被動(dòng)支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)，形成的支護(hù)體系整體性能強(qiáng)、穩(wěn)定性能高。（2）支護(hù)效果明顯，有效控制了硐室底板的變形速度，延長(zhǎng)了硐室的服務(wù)年限，提高了硐室的使用斷面，保障了煤礦的安全生產(chǎn)。（3）經(jīng)過測(cè)算，在基本不增加現(xiàn)有巷道支護(hù)成本的基礎(chǔ)上，使用該技術(shù)可以減小巷道修復(fù)費(fèi)用50%，延長(zhǎng)巷道使用年限1倍以上。（4）該技術(shù)的成功應(yīng)用，為大地壓、大變形、難支護(hù)的復(fù)雜地質(zhì)條件下的硐室支護(hù)積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.065

陳德重（1980-），男，助理工程師。