二采區變電所圍巖變形綜合治理措施

任學剛

（潞安集團左權阜生煤業有限公司，山西 晉中 032600）

1 概 述

潞安集團左權阜生煤業有限公司二采區變電所設計長度為60m，硐室斷面規格為寬×高=4.7×3.2m，硐室沿15#煤層頂底板布置，直接頂主要以炭質泥巖為主，平均厚度為4.2m，基本頂主要以細砂巖為主，平均厚度為11.4m。

二采區變電所圍巖采用錨桿、錨索進行支護。頂板每排布置6 根長度為2.4m、直徑為20mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間距為0.9m，排距為1.0m；頂板錨索采用長度為7.3m、直徑為18.9mm 預應力錨索，錨索間距為1.8m，排距為3.0m；巷幫采用長度為2.0m、直徑為20mm 單錨桿進行支護，每排施工四根，錨桿間距為0.9m，排距為1.0m。如圖1所示。

圖1 二采區變電所錨桿支護斷面示意圖

2 二采區變電所底鼓變形機理

（1）開采深度影響。由于二采區不斷開拓延伸，采區深度加大，造成上覆巖層應力加大。二采區變電所在應力集中作用下，巷道圍巖承受壓力升高，圍巖壓縮、剪切變形嚴重，從而導致巷道頂板下沉、兩幫變形以及底鼓等現象。

（2）巷道圍巖松軟。由于二采區變電所布置在15#煤層中，巷幫煤體松軟，呈破碎狀，在應力作用下巷道兩幫出現擠壓破壞，導致巷幫移近量加大，最大移近量達0.8m。巷道直接頂為炭質泥巖，巖石普氏系數f=3.5，巖體呈層狀結構，承載能力差，在應力作用下出現破碎現象，且向頂板深處延伸，最終導致頂板下沉、破碎，甚至出現局部冒頂現象。巷道底板主要以復合巖層為主，巖體單軸抗壓強度不足45MPa，且底板采用混凝土硬化，厚度為0.2m，混凝土強度為C20，導致巷道底板應力承受能力差，在兩幫圍巖應力作用下，底板出現嚴重破壞變形，導致底鼓現象。

（3）圍巖支護效果差。變電所頂板采用長度為2.5m 錨桿進行支護，錨桿錨固端位于頂板應力破碎松動圈內，在長期應力作用下錨桿錨固效果逐漸降低，抗拉拔力不滿足支護要求，導致錨桿無法起到懸吊作用。

3 圍巖變形聯合治理措施

為了提高二采區變電所圍巖穩定性，決定對變電所圍巖采用“注漿+安裝L 型鋼棚”等優化聯合措施進行維護。

3.1 巷幫及頂板注漿加固處理

（1）巷幫注漿鉆孔布置。每個巷幫布置一排注漿斜孔，鉆孔深度為4.0m，鉆孔與巷幫成45°仰角布置，鉆孔施工在距頂板1.5m 處，鉆孔間距為3.0m，兩幫共計施工40 個注漿鉆孔。

（2）頂板注漿鉆孔布置。頂板每排布置兩個鉆孔，鉆孔深度為5.0m，鉆孔與頂板及兩幫成60°夾角布置，鉆孔間距為1.5m，排距為3.0m，頂板共計施工40 個注漿鉆孔。

（3）注漿工藝。采用馬麗散與催化劑以1 ∶1混合配比溶液進行加固，采用ZBQ 型氣動注漿泵進行注漿，幫部鉆孔注漿壓力為1.1MPa，頂部鉆孔注漿壓力為1.5MPa，注漿后采用膨脹水泥進行封孔處理。

3.2 頂板支護優化

為了提高頂板支護體支護質量，變電所圍巖注漿1d 后，采用恒阻錨索代替錨桿支護。

（1）恒阻錨索長度為3.5m，直徑為21.6mm，每排施工5 根，錨索間距為0.9m，排距為1.5m，如圖2 所示。

有能力單獨開發項目的業主大多是項目資源豐富、實力雄厚的集團公司，它們往往成立諸如碳資產公司這樣的子公司專門進行CDM項目的開發工作，相當于一個咨詢公司在單獨運作項目。

（2）每排錨索外露端起吊一根長度為4.5m 的11#工字鋼梁，每根鋼梁焊制5 根直徑為30mm 圓孔。鋼梁起吊后在錨索外露端分別安裝一塊長度及寬度為0.1m 鋼方墊以及鎖具，并將鋼梁進行預緊。

（3）恒阻錨索外露長度不得超過0.25m，每根錨索配套三個錨固劑，分別為一支型號為MSCK23/35，兩支型號為MSK23/60，上部超快下部快速，錨固力不得低于170kN，預緊力不得低于266kN。

3.3 底板安裝“L”型鋼棚

（1）首先對變電所底鼓段進行起底施工，二采區變電所底鼓長度為50m，起底寬度為4.5m，深度為0.3m，起底后保證起底面平整。

（2）在起底面依次鋪設“L”型鋼棚，每米鋪設兩組，排距為2.0m。鋼棚長邊為2.0m，短邊為1.5m，長邊緊貼底鼓面，短邊緊貼巷幫。“L”鋼棚鋪設完后，長邊采用兩根長度為1.5m 地錨將其與底板固定，短邊采用一根地錨與巷幫固定，如圖2 所示。

（3）二采區變電所底鼓段共計安裝25 組“L”型鋼棚，鋼棚鋪設且固定后，對起底段采用強度為C40 型混凝土進行澆筑，澆筑厚度為0.3m。澆筑期間必須用振動泵進行震動，澆筑后確保澆筑面平整。

圖2 二采區變電所圍巖變形綜合維護施工斷面圖

4 結 語

潞安集團左權阜生煤業有限公司生產技術部通過技術研究，對二采區變電所底鼓機理進行合理分析，并對其圍巖提出“注漿+安裝L 型鋼棚”聯合維護措施，通過實際應用取得了顯著成效。

（1）采用注漿加固技術提高了圍巖膠結穩定性及承載能力，防止巷幫片幫破碎、頂板冒落等事故發生，使煤巖體單軸抗壓強度提高至60MPa 以上。

（2）采用恒阻錨索及鋼梁代替原頂板錨桿支護，保證了支護體錨固端位于堅硬頂板內，提高了支護錨固質量及支護體懸吊作用，防止頂板離層現象。

（3）對變電所底鼓段進行起底并安裝“L”型鋼棚，提高了底板承載能力，有效防止了底鼓現象。

（4）二采區變電所圍巖變形采取聯合控制措施后，通過實際應用發現，巷道頂板下沉量及底鼓量控制在0.3m 以下，巷幫移近量控制在0.4m 以下，保證了變電所安全使用。