復雜條件下大斷面硐室底板加固技術實踐與應用

羅建強

【摘 要】針對復雜區域變電所失修特征，結合以往整修經驗，對于大斷面變電所硐室底板多次鼓出，破壞嚴重特點，通過分析底板失穩機理，采取澆筑、底錨、泄壓槽等聯合加固的措施，穩定了底板變形，取得了較好經濟及社會價值。

【關鍵詞】大斷面；底板；加固；澆筑；卸壓槽

中圖分類號： TD354 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）02-0167-002

【Abstract】In view of the complex regional substation disrepair characteristics，combined with previous repair experience，substation with large section cavern floor drum out many times，damage characteristics，through the analysis of floor instability mechanism，to casting，anchor，pressure relief groove joint reinforcement measures，such as stable floor deformation and achieved good economic and social value.

【Key words】Large section；Bottom plate；Reinforcement；Casting；Pressure relief groove

河北省冀中能源股份有限公司葛泉礦地質條件復雜，構造發育，壓力大。特別是葛泉礦南翼大部分開拓巷道、硐室存在應力集中現象，硐室、巷道底鼓變形破壞嚴重，雖經多次臥底翻修，仍不能保持巷道、硐室穩定，因此采取行之有效的措施進行修復加固，降低巷道維修成本，減少巷道維修給生產帶來不利影響，保證礦井長遠發展具有重要意義。

1 工程概況

南翼一采區變電所位于南翼-190大巷左翼口附近，布置巖層位強度低，巖層節理裂隙發育，地壓大，穩定性差。該硐室長25m，斷面立墻半圓拱，寬4.5m，高3.7m，初次頂板支護采用錨噴，用1.8m長縫管錨桿，間排距800×800mm，配以1m×1m金屬網，混凝土噴層厚100mm，變電所底板進行水泥澆筑，澆筑厚度300mm。在變電所施工結束后，進行了數次維修。維護后在硐室頂板補打22×2200mm螺紋鋼錨桿，間排距800×800mm，同時配以1×1m金屬網；此外補打φ17.8×6000mm錨索線配以2m12#槽鋼， 加強支護，順巷布置三排，前后間距2m，基本控制了頂板及兩幫的變形。而底板數次臥底后，仍采用混凝土澆筑，澆筑厚度300mm，雖經多次維修，如今底板凸形外移，硐室口底板澆筑混凝土成整體抬起，兩側懸空，里段澆筑底板自巷中分裂開，向兩側傾斜，而供電設備放置在澆筑底板上，給安全及生產帶來較大隱患。由于該變電所負責南翼一采區工作面開采、掘進及南翼三采區開拓施工供電設備存放，要求在不影響生產前提下，保證施工進度和底板支護強度，避免影響采區生產以及底板再次失穩破壞，因此采取有效技術方案和施工措施勢在必行。

2 底板破壞原因分析

2.1 通過對變電所硐室長期維護以及破壞情況可以看出，硐室在多次失穩維修后，頂幫在錨噴、錨索支護強有力支撐作用下達到一穩定狀態，而底板只在表面澆筑了一層300mm厚的混凝土，形成頂拱和墻體面強支護強度高，底板支護弱特點，為地壓釋放提供了自由面。變電所受到地壓在墻體、頂板反作用下傳遞到變電所底板上，形成應力集中，同時由于該區域巖層破碎、強度低，整體結構差，底板承載能力不足的情況下必然產生塑性變形，導致底板破壞鼓起。

2.2 以往硐室底板加固兩側與硐室墻基之間有較大規格水溝，并且水溝與墻基之間密貼不嚴，形成底板澆筑體孤立支撐來自于底板壓力，在自身支撐結構上存在不足，緊靠底板自身及簡單的底板澆注很難滿足較大的支撐力，極易造成底板失穩破壞。

2.3 由于兩側水溝與墻基封閉不嚴，在以破碎軟巖構成底板吸水風化后，進一步軟化底板，降低底板強度，在自身膨脹作用下使得巷道的底板失穩，從而出現底鼓外移現象。

2.4 對底鼓危害性的認識不足，底板采用混凝土澆注，在底板與混凝土之間采用砂石鋪墊以減少混凝土的用量，致使混凝土澆注不能實現加固底板的有效作用。

3 底板維修加固方案確定

整修加固方案依據地質資料、硐室破壞情況及破壞原因而制定的。通過多次對周邊大巷及硐室維修情況的調查，以及對其破壞原因及機理分析可知，底板的破壞是由多種因素綜合使用的結果。因此，防止硐室底板破壞也應采取多方面的措施，使底板的可塑變形控制在允許的范圍內，避免出現底板出現失穩破壞現象。最終確定底板采用錨桿配以鋼帶及澆筑聯合支護，加固底板，受施工條件限制并在硐室能施工非對稱卸壓槽。

4 底板加固主要參數

4.1 底板加固斷面圖圖1

圖1

4.2 底錨及鋼帶

底錨使用φ22×2200mm螺紋鋼錨桿，采用一卷CK2333、一卷Z2360樹脂藥卷全長錨固，錨固力不小于13t，預緊力不小于300N？M，采用主動加固底板，提高底板支護強度。底錨間排距840×800mm，靠近兩幫底錨與底板法線成75°夾角斜向兩幫。錨桿外露控制在80mm，在滿足預緊力要求前提下，盡量增加外露，以便增加底板澆筑長度。同時沿巷道垂向在底錨托噴下用鋼筋連接， 鋼筋使用2mφ14mm梯子鋼帶梁。

4.3 混凝土澆筑

底板采用標號200混凝土分次澆筑，澆筑厚度300mm，澆筑前對兩幫底腳及底板進行沖刷，確保澆筑體與立墻及底板密貼，同時保證最大限度澆筑底錨，使之與周邊巖層形成一整體，達到提高巖層強度。

4.4 卸壓槽

通過對此次底板破壞程度及移出量，決定硐室底板施工非對稱卸壓槽，規格300×300mm（寬×深），卸壓槽周邊裸露，為底壓釋放創造自由面，卸壓槽順巷布置，卸壓槽兩端封閉，嚴禁積水及空氣排進，影響底板強度。

4.5 水溝

為便于積水排除出在硐室底板自巷中以垂巷-3‰坡度施工，根據實際硐室可能存在最大積水情況，在兩側施工100×100mm水溝，坡度3‰，以便及時將硐室中積水排除，水溝施工與墻基澆筑100mm，確保澆注與墻基密切。

5 施工工藝優化

受施工條件限制，變電所硐室內設備不能實現全部搬遷，防止搬遷中影響生產，同時由于沒有合適硐室臨時存放、安置設備。因此底板維修采用分次進行，自巷中先對存放設備較少一側底板進行臥底，另一側臨時放置供電設備，對于傾斜供電設備進行墊底，保證安置水平，較小設備集中擺放，必要是對部分開關進行起吊放置，增加放置設備空間。同時在要求在整修時加大對設備的保護及管理工作，確保采區生產及整修進行。卸壓槽在澆注前采用蓋板蓋實，蓋板與卸壓槽周邊澆注嚴密，保證卸壓槽內不漏沙水，隨后沖刷底板及蓋板，進行澆注。

6 結論

將錨桿、澆筑組合成聯合支護體系維護底板，同時利用卸壓槽將維修后底板趨于穩定狀態時，為底壓釋放創造自由面，在較大底板支護下，控制底板松漲空間。在滿足允許變形情況下，提高底板整體強度，與硐室頂幫形成擴大的組合拱，降低了應力集中度，也提高了支護結構的承載能力和穩定性，減少了底鼓，降低了硐室維修量，有效避免了生產及安全事故發生，取得了較好經濟及社會價值。

【參考文獻】

[1]《采礦工程設計手冊》張榮立等主編，煤炭工業出版社.