高應力軟巖巷道底板加固施工技術研究范文

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摘要:為了解決陳四樓煤礦深部軟巖巷道中底板變形的問題，采用了“注漿+錨桿+錨索”聯合加固技術，并結合陳四樓煤礦九采區泵房及變電所底板聯合加固施工過程，詳細分析和介紹了九采區底鼓變形機理、聯合加固的作用原理及施工方法。觀測結果表明，九采區泵房及變電所巷道底鼓現象得到了很好的控制，為以后相似工程提供了技術參考。

關鍵詞:高應力;軟巖巷道;底鼓;底板聯合加固

隨著礦井開采深度的不斷增加，巷道的支護難度也越來越大。特別是高應力的軟巖巷道常常表現出強流變的特性，圍巖變形控制難度較大［1，2］。而人們在進行高應力軟巖巷道支護時，往往只注重兩幫及頂板的支護，很少對底板進行加強支護，從而造成高應力軟巖巷道底板成為了整個巷道支護系統的薄弱環節。巷道在高應力的作用下，底板巖石首先發生底鼓變形，繼而引發巷幫及頂板變形破壞，最終導致整個支護系統的破壞失穩［3－5］。陳四樓煤礦九采區泵房及變電所所在巖層為高應力軟巖巷道，巷道支護后礦壓顯現較明顯，尤其是底鼓變形較大，為此陳四樓煤礦開始嘗試在高應力軟巖巷道底板采用聯合加固技術，提高底板的支護強度，控制巷道的底鼓及變形，從而提高巷道整體的支護效果。

1工程概況

陳四樓煤礦九采區泵房及變電所工程量總設計長度為186.92m，其中，九采區泵房通道11.5m、變電所40.6m、變電所回風道26.76m、配電室11.9m、泵房44.7m、管子道39.16m、配水井硐室9.3m、吸水井硐室3m，服務年限預計為20a。九采區泵房及變電所開口位置位于九采區回風下山底車場，開口處巷道底板標高為－853m，巷道平面布置圖如圖1所示。九采區泵房及變電所所處區域位于陳四樓向斜軸部及東翼鋁質泥巖層位，整體上為一單斜構造，無巖漿侵入體、陷落柱等構造發育，煤巖層走向北北西向，傾向南西西向，該巷道掘進范圍內煤巖層形態較為穩定，掘進范圍內煤巖層傾角變化較小，預計褶曲對巷道掘進影響較小。根據三維地震勘探資料、臨近巷道實際揭露地質情況、周圍巷道地質超前探測資料分析，預計在該巷道施工過程中將一次揭露一條落差為0～5m的正斷層XF2和一條落差為0～7m的正斷層XF15。巷道底板距二2煤層法向距離約在15.7～45.3m之間，巷道不會揭露二2煤層。

2底鼓變形機理及聯合加固技術

2.1九采區底鼓變形機理

九采區泵房及變電所所處巷道埋深較深，構造應力較大，同時由于受到XF2和XF15兩條正斷層的影響，巷道圍巖破碎，圍巖強度較低，孔隙率較大，加上九采區泵房及變電所所處區域位于陳四樓向斜軸部，應力較為集中，多項因素共同作用下，巷道圍巖表現出顯著的塑性和流變性。而且巷道掘進期間已對頂板及兩幫進行了加強支護，支護強度較大，而底板未進行有效支護，是整個巷道支護系統最薄弱的地方，最終導致底板巖層在水平應力作用下與形成褶曲構造相類似，向巷道空間鼓起［6－9］。同時由于施工過程及頂底板出水等情況產生的水源流入巷道底板巖石，減少了巖石層理、節理和裂隙間的摩擦力，使巖石的整體抗壓、抗剪強度降低，且九采區泵房及變電所位于鋁質泥巖層位，巖石中存在遇水產生膨脹的礦物成分，由于礦物成分吸水體積增大，巖石發生破裂，底板巖石甚至會完全喪失強度，從而加劇底板鼓起破壞。

2.2聯合加固技術

巷道底鼓量大是深部軟巖巷道礦壓顯現的一個顯著特征，也是治理的難題之一。多年來，在煤礦淺部巷道中由于支護存在“強頂、強幫、弱底”的現狀，進入深部后受淺部支護理念影響及深部巷道高應力的影響，巷道表現出強烈的底鼓。為了解決這個問題，陳四樓煤礦開始采用“錨網帶+錨索梁+注漿”聯合加固技術，對深部軟巖巷道底板進行加固。錨桿對圍巖起到加固作用。鋼帶對錨桿間的圍巖施以徑向約束，阻止其擴容和離層，從而增加次生關鍵承載圈的厚度和承載能力，使圍巖的關鍵承載圈受力趨于均勻和內移。網的作用主要是通過金屬網對巷道底板進行封閉支護;同時也擴大了錨桿的有效承載面積，有利于保持巷道圍巖的完整與穩定。托盤則是產生托錨力的必不可少的構件。通過鋼帶、網和托盤的共同作用，使錨桿的作用力能夠均勻地分布在圍巖表面，改變了巷道表面圍巖的應力狀態，提高了次生關鍵承載圈的承載能力，從而有效約束圍巖變形，同時促使關鍵承載圈穩定。注漿錨索以加固圍巖的作用為主，同時提高深部巖石的注漿效果。注漿加固是利用漿液把圍巖的各種弱面充實，并把弱面充填體和四周巖體重新膠結起來，從而提高圍巖的整體穩定性及其力學性能，改善圍巖的物理力學性能。實踐證明，圍巖注漿加固可以有效地改善圍巖結構及其力學性質、提高圍巖自承能力、降低支護成本，并且改善巷道支護效果。

3底板聯合加固技術施工

九采區泵房及變電所進行底板聯合加固時，先按要求對巷道底板進行拉底，再對巷道底板進行加固，待注漿加固結束后再回填矸石至設計深度，最后再統一打設100mm厚地坪。

3.1淺層預注漿

九采區泵房及變電所底板巖石破碎，直接進行錨桿及錨索加固，施工眼孔后碎石較多，安設錨桿及錨索較困難，所以考慮拉底后對巷道底板松散層進行淺層注漿，然后再進行錨桿及錨索加固。現場施工時，底板每排埋設2根注漿管，對稱布置在巷道兩側，注漿管間排距為2000mm×3000mm。注漿管采用Φ20mm鍍鋅鋼管加工而成，長1500mm，注漿管埋設后外露不得超過100mm。埋設注漿管時采用YTP－26型風動鑿巖機，配合使用Φ28mm風鉆頭、長1.6m的風鉆桿。埋設注漿管時根據需要可外露80～100mm，可使用水泥對注漿管進行固定和封閉。

3.2底板加固

3.2.1錨網帶支護底板采用錨網帶加固時，M鋼帶沿垂直巷道縱向布置。錨桿采用Φ22mm×2500mm的左旋螺紋鋼高強錨桿(屈服強度500MPa)，變電所回風道及管子道使用2.8m長的M鋼帶(錨桿間距800mm，共4根錨桿)、變電所及泵房使用4m長的M鋼帶(錨桿間距750mm，共6根錨桿)、配電室使用3.4m長的M鋼帶(錨桿間距800mm，共5根錨桿)、通道使用3.2m長的M鋼帶(錨桿間距750mm，共5根錨桿)，錨桿排距為800mm，錨桿間排距誤差范圍±100mm。每根錨桿配2卷MSM2350樹脂錨固劑，錨桿預緊力矩為250～300N•m，外露長度為10～50mm，底板不平整導致錨桿托盤無法緊貼巖面時可加墊木塊。網片搭接100～200mm，連網間距不超過300mm。九采區泵房底板加固示意圖如圖2所示。

3.2.2注漿錨索支護底板采用錨索梁加固時，錨索梁沿巷道方向布置在錨網帶上方(其中回風道及管子道布置2排、變電所及泵房布置3排、配電室布置2排、通道布置3排)，錨索梁使用3m長的12#槽鋼，錨索采用Φ21.6mm×6300mm的注漿錨索，錨索間距1300mm，每根錨索使用2卷MSM2350樹脂錨固劑。現場施工時采用ZQJC－360/7.1型氣動架柱式鉆機進行注漿錨索加固施工。

3.2.3注漿加固注漿錨索施工結束后，再依次從巷道開口位置向里對巷道底板錨索進行注漿，注漿前可以使用水泥對注漿錨索孔口封閉，待凝固后再進行注漿，防止跑漿。注漿時，采用2ZBQ－11.5/3型煤礦用氣動注漿泵配合攪拌機進行注漿加固，制漿配比:水灰比0.8～1，即每桶(Φ0.7m×0.75m)漿使用5～6袋425#普通硅酸鹽水泥，壓力控制在0.8～1MPa［10，11］。待注漿結束后，至少等待2d后再安裝錨索梁并配備90mm×90mm的錨索托盤，對注漿錨索進行張緊，張緊力不小于36MPa，截斷后外露長度為150～200mm。

4礦壓觀測

九采區泵房及變電所底板加固施工結束后，在巷道掘進過程中揭露兩條斷層位置處分別安設一組檢測點觀測巷道底板表面位移情況，1#觀測點分別安設在泵房向里18m處(XF15正斷層位置)，2#觀測點分別安設在變電所內向里32m處(XF2正斷層位置)，底鼓量變化曲線如圖3所示。分析圖3可知，巷道進行底板聯合加固后，底鼓很小，底板變形得到了很好的控制。

5結語

九采區泵房及變電所通過采用底板聯合加固技術，取得了良好的效果。施工結束后分別對巷道兩條斷層影響區段進行底板變形測量觀測，通過對數據分析，底板聯合加固后，巷道底板在加固30d之后就趨于穩定，變形量很小，而且現場巷道無明顯漿皮開裂、底鼓現象。這表明底板聯合加固技術在深部高應力軟巖巷道底板治理中達到了支護效果，值得在相似工程中推廣使用。

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作者：郝明月 宋道 單位：河南龍宇能源股份有限公司