雙層底拱在深部軟巖巷道底板治理中的應用

孫兆凱 馬永祿

（山東能源集團龍礦集團阿爾巴斯二礦，內蒙古 鄂爾多斯 017000）

1 概況

龍口礦區梁家煤礦屬于典型的“三軟”地層，礦壓顯現明顯，工程穩定性極差。煤4 六采軌道中部車場反底拱工程，是直接影響到煤4六采區通風、采煤面排水和生產接續的重點工程。巷道經長時間收斂變形，巷道最小處斷面為B×H=2000×3000 mm 的不規則形狀，最大處斷面為B×H=3000×3300 mm 類似直墻半圓形斷面。其基礎支護形式為一次支護錨網噴、錨梁支護，二次支護灌注、U29 鋼棚并施工料石反底拱。原料石反底拱工藝為：按照設計尺寸開挖反底拱輪廓—整平夯實底板—鋪設50 mmC10 砂漿作為底灰—擺放料石—C10 砂漿灌實灰縫—回填底拱至地坪。該工藝施工的底拱反復破壞，嚴重影響了提升運輸安全和生產接續，且消耗了大量的人力物力。如何利用現有的材料，提高工程質量，加強底拱強度，解決底拱反復破壞，成為礦井研究的課題。

2 底鼓原因分析

（1）煤4 六采區深部巷道標高-660～ -720 m之間，巷道深，構造應力大。受圍巖應力影響，巷道變形嚴重，主要表現為頂板正常、兩幫內擠、巷道底鼓嚴重。

（2）煤4 六采區巷道處于含油泥巖巖層中，巷道穩定性差，巖石硬度低，支撐性極差。

（3）煤4 六采區下部水倉涌水，造成底板含水泥化，泥巖遇水膨脹，快速底鼓。

3 料石灌注反底拱支護設計及施工

（1）料石灌注反底拱設計方案

① 首先噴射50 mm 厚C20 砼，然后鋪設一層金屬網，再噴射50 mm 厚C20 砼，作為基礎層。通過100 mm 的混凝土鋼筋夾層為料石底拱打下一個基礎。

② 擺放反底拱料石（同時按間距1000 mm 豎插1 根MSGLD-335/18×1000 螺紋鋼錨桿），鋪設料石底拱。

③ 距離料石上平300 mm 處按反底拱弧度掛設1 層Φ4 金屬網（上好鐵盤、螺帽）成型，最后灌注300 mmC25 砼，構筑底拱加強層。同時在墻基下按間距800 mm 擺放22 kg/m 道軌，在道軌上鋪設行人大板，然后鋪設道軌行車。

料石灌注底拱設計圖如圖1 所示。

圖1 料石灌注底拱設計圖

（2）料石灌注底拱施工方法

首先按設計尺寸進行臥底，出凈矸石，找出反底拱荒斷面輪廓并整平夯實，然后在底拱底部噴上50 mm 的噴漿料，再沿底拱中心線向兩側碼放料石，料石碼放至底拱的腮部。統一使用噴漿機噴漿，兩腮以上料石邊打噴漿料邊碼放料石，嚴禁統一碼放料石集中噴機噴料。料石底拱施工完后，在料石底拱上部噴射50 mm 的噴漿料，料石要插入巷道一次支護巷道底腳內，料石與墻基處用噴漿機噴實。

在碼放料石的同時，在底拱底部自中間向兩側每隔1 m 豎插1 根MSGLD-335/18×1000 的螺紋鋼錨桿，不用藥卷錨固。底拱正中豎插1 根，向兩側各1 m 均勻布置1 根錨桿，錨桿前后排距350 mm，錨桿保證在灌注完后外漏100～200 mm。料石上部用噴漿料噴射完后，在料石底拱往上300 mm 位置鋪設一層鋼筋網。該鋼筋網利用底拱內的錨桿用鐵盤壓實并用鐵絲纏繞固定，然后再在料石底拱和金屬網間灌注300 mm 的灌注料，然后回填矸子到地坪。

為保證水倉水泵失效后水淹巷道時巷道支護質量，制定了以下方案：施工至水倉下口，灌注底拱施工完后，不回填地坪，鋪設底拱的同時在墻基下預埋（型號為22～24 kg/m）鐵軌。鐵軌伸入兩墻基不少于500 mm，前后間距800 mm。在道軌上順巷密集鋪設（寬度為200 mm，厚度為50 mm）大板，然后在大板上鋪設道木和鐵軌。

4 應用效果

4.1 巷道變化速率對比

采用傳統工藝反底拱巷道變化量和變化速率，如圖2、圖3 所示。

圖2 料石灌注底拱實施前巷道變化量

圖3 料石灌注底拱實施前巷道變化速率

經過在施工中的反復檢查和控制，影響底拱施工質量的各種因素完全得到了控制，底拱質量顯著提高，材料消耗明顯下降。相同條件、斷面、工藝下的底拱質量對比可以看出，該底拱自實施以來至今未出現煤4 六采軌道下山30#前后段20 m 那樣的破壞程度。施工料石灌注底拱后巷道變化量和變化速率，如圖4、圖5 所示。

圖4 料石灌注底拱實施后巷道變化量

圖5 料石灌注底拱實施后巷道變化速率

4.2 經濟效益對比

由于新工藝的應用，底拱質量和強度明顯提高，大大地減少了返修率，保證了礦井的安全生產和接續。效益如下：

（1）采用料石、灌注底拱工藝后，該項工程共計節約材料費6.5 萬元。

（2）保證了煤4 六采中部車場的提升運輸問題，為煤4 六采區下部開采返修預備工作爭取了時間。

（3）通過預埋鐵軌，施工完底拱后不回填地坪，為煤4 六采中部泵房水泵意外中止運轉后提供了一個臨時水倉，避免了水流出后滲入底板加劇底板破壞。

（4）煤4 六采中部車場按照新式反底拱工藝施工后，巷道能夠滿足通風、運輸、行人等方面的要求，消除了不安全因素，保證了礦井的安全生產，產生了較好的社會和經濟價值。

5 結語

通過料石、灌注雙層底拱工藝在龍口軟巖巷道深部采區的實踐，有效控制了深部軟巖巷道底鼓。通過灌注底拱增強了料石底拱的強度和硬度，使組合拱強度得到了有效提高，為軟巖巷道底板治理技術提供了借鑒。