劉 龍

(中煤集團(tuán)大屯煤電公司安全監(jiān)察部，江蘇 徐州 221600)

圖1 馬頭門(mén)平面示意圖及剖面示意圖

孔莊煤礦位于江蘇省沛縣與微山縣交界處，隨著淺部易開(kāi)采資源日益減少，需進(jìn)行深部采區(qū)開(kāi)采，近期建設(shè)了混合新井，混合井筒地面標(biāo)高36.5 m，井底車(chē)場(chǎng)埋深達(dá)-1051.5 m，馬頭門(mén)施工二年多后，頂幫變形量大，底鼓較為嚴(yán)重，噴漿體多處開(kāi)裂，嚴(yán)重危及礦井正常生產(chǎn)和職工生命。

1 井底車(chē)場(chǎng)馬頭門(mén)支護(hù)加固特點(diǎn)

千米深部只利用錨網(wǎng)索支護(hù)難于滿足阻止圍巖的變形[1-3]。由于埋藏較深，原始應(yīng)力高，施工區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，應(yīng)力環(huán)境難以判斷，且井底車(chē)場(chǎng)和馬頭門(mén)的斷面大，影響多，應(yīng)力集中，不允許變形量大，預(yù)留變形量少。馬頭門(mén)平面示意圖及剖面示意圖如圖1所示。在支護(hù)加固中應(yīng)注意以下特點(diǎn)[4]:

1) 支護(hù)材料要具備高強(qiáng)度、高剛度的力學(xué)特性；

2) 采用被動(dòng)抗壓與主動(dòng)加固相結(jié)合的技術(shù)措施；

3) 應(yīng)選擇適當(dāng)時(shí)機(jī)對(duì)圍巖進(jìn)行注漿改性，提高圍巖的自承能力。

2 加固支護(hù)方案

2.1 軟巖加固支護(hù)特點(diǎn)分析

1) 軟巖具有非線性大變形和長(zhǎng)期流變性，應(yīng)分階段采用適當(dāng)?shù)募庸檀胧5]；

2) 軟巖具有難錨固性，需改善軟巖物理力學(xué)特性，以提高自承能力和錨固便于生根；

3) 軟巖開(kāi)挖初期變形大、速度快，應(yīng)在保證安全的前提下實(shí)現(xiàn)彈性能、變形能的適度釋放[6]；

4) 必要時(shí)可采用架棚臨時(shí)支護(hù)，并及時(shí)封閉圍巖。

2.2 馬頭門(mén)加固支護(hù)原則及方案

1) 加固支護(hù)原則。

深部軟巖具有長(zhǎng)期流變特性，在加固支護(hù)方面著重注意圍巖性質(zhì)改善和變形在控條件下的應(yīng)力釋放。本加固方案采用錨桿(索)支護(hù)+注漿加固技術(shù)，錨桿(索)支護(hù)起到控制巷道產(chǎn)生有害變形，注漿改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)及力學(xué)特性。

2) 底板加固方案

首先進(jìn)行臥底工作，整個(gè)馬頭門(mén)區(qū)域底板刷臥成反弧形，其半徑為8300 mm，在進(jìn)行刷臥井筒馬頭門(mén)區(qū)域時(shí)，必須對(duì)馬頭門(mén)幫部基礎(chǔ)進(jìn)行處理，對(duì)墻角開(kāi)挖后及時(shí)澆筑鋼筋混凝土。然后進(jìn)行底板注漿加固，注漿孔深為2400 mm，注漿孔間排距1300×800 mm，注漿壓力不大于1.5 MPa，注漿錨桿采用外徑22 mm的冷拔無(wú)縫鋼管。注漿完畢后采用11#工字鋼按1.3 m等徑間距開(kāi)五個(gè)孔，孔直徑32 mm，底板錨桿采用φ20×2200 mm等強(qiáng)錨桿，間排距1300×1600 mm，每斷面布置5套錨桿，底板錨索采用φ21.8×6200 mm，間排距1300×1600 mm，每斷面布置5套錨索，錨桿、索施工完畢后進(jìn)行混凝土澆筑，硂等級(jí)C20，硂厚度200 mm。

3) 頂幫加固方案

首先剝落已失效的混凝土，對(duì)裂縫進(jìn)行重新噴漿，然后對(duì)馬頭門(mén)區(qū)域A、B段進(jìn)行注漿加固。在馬頭門(mén)附近的機(jī)電、操作硐室及人行通道內(nèi)分別布置兩排水平注漿孔，距底板分別為0.5 m、2.0 m，采用采用外徑22 mm的冷拔無(wú)縫鋼管作為注漿錨桿，共四節(jié)，每節(jié)長(zhǎng)度為2 m，在尾部加工絲扣進(jìn)行連接，采用高壓注漿，終孔壓力為3.5 MPa，封孔長(zhǎng)度不少于600 mm。對(duì)馬頭門(mén)區(qū)域A、B段頂部進(jìn)行注漿時(shí)分別在管子道和安全通道內(nèi)進(jìn)行，采用外徑22 mm長(zhǎng)度為1.8 m的冷拔無(wú)縫鋼管作為錨桿，其中在安全通道內(nèi)布置4排注漿錨桿，每排三根，間排距1.0×1.5 m，管子道內(nèi)布置5排注漿錨桿，每排三根，間排距1.0×1.5 m。

頂板錨索采用φ21.8×6300 mm高強(qiáng)度低松弛應(yīng)力錨索，采用20#槽鋼作錨索梁，走向布置，排距1.2 m，進(jìn)行頂板錨固，錨索預(yù)應(yīng)力不小于15 t～20 t。

幫部加固采用φ15.24×7500 mm高強(qiáng)度低松弛應(yīng)力錨索，采用20#槽鋼作錨索梁，布置豎向錨索桁架，排距0.8 m，進(jìn)行幫部加固，錨索預(yù)應(yīng)力不小于12 t。

圖2 馬頭門(mén)頂幫支護(hù)方案

4) 管子道、安全通道下方井壁加固

管子道及安全通道下方井壁需重新刷幫處理，刷幫完成后重新掛網(wǎng)并加錨桿、錨索、鋼帶梁進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)完成后及時(shí)噴漿。

3 深部加固效果檢驗(yàn)及機(jī)理分析

3.1 效果檢測(cè)

目前混合井馬頭門(mén)加固已完工月10個(gè)多月，通過(guò)-1050水平礦壓觀測(cè)站對(duì)馬頭門(mén)區(qū)域錨桿、錨索錨固狀態(tài)及巷道變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，共監(jiān)測(cè)測(cè)力錨桿、巷道變形觀測(cè)及頂板離層監(jiān)測(cè)十余處，其半年內(nèi)變化量如表1所示。變形曲線如圖3所示，支護(hù)體受力曲線如圖4所示，混凝土應(yīng)變曲線如圖5所示。

由監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及變形、受力曲線可知，巷道在施工3個(gè)月后支護(hù)體受力最大值162 kN、且保持穩(wěn)定，2個(gè)月后頂幫及底板變形量基本保持穩(wěn)定、且不超過(guò)25 mm，噴射混凝土應(yīng)變量不超過(guò)110；各種數(shù)據(jù)及曲線變化趨勢(shì)表明，馬頭門(mén)采取加固措施后變形、受力均在3個(gè)月內(nèi)趨于穩(wěn)定，且變形和受力的絕對(duì)值均為超過(guò)馬頭門(mén)斷面尺寸的10%；說(shuō)明所采用的加固支護(hù)措施合理、可行、效果顯著。

表1 各種監(jiān)測(cè)值的最大變化量

圖3 馬頭門(mén)變形曲線

圖4 支護(hù)體受力曲線

圖5 混凝土應(yīng)變曲線

3.2 機(jī)理分析

其主要原理第一是通過(guò)刷幫擴(kuò)大斷面二次支護(hù)的“先讓后抗”機(jī)理，很好適應(yīng)變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。及時(shí)噴射混凝土層能有效地防止圍巖的風(fēng)化，有利于巷道的穩(wěn)定。

其次是采用錨網(wǎng)加錨桿、錨索、鋼帶梁錨注后，再對(duì)裂隙發(fā)育的頂部幫注漿，使巷道松散巖體形成一個(gè)再生自然拱，提高圍巖的整體性和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)性，封堵裂隙，阻止水的滲透，有效地防止軟巖遇水膨脹及軟化，使圍巖位移量減小，巷道變形得到了明顯控制。

4 結(jié)論

本論文基于對(duì)深部軟巖馬頭門(mén)變形特點(diǎn)、軟巖支護(hù)技術(shù)特征及原則，提出了高強(qiáng)度、高剛度聯(lián)合支護(hù)加固原則，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)際，采用了錨桿(索)+錨注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)方案，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，得出如下結(jié)論：

1) 孔莊礦混合井井底馬頭門(mén)附近進(jìn)行加固后，底鼓冒頂現(xiàn)象得到了很好的控制，提高了圍巖的穩(wěn)定性；

2) 采用錨注加固及圍巖改性措施后，封堵了裂隙，阻止了水的滲透，有效地阻止了軟巖遇水膨脹及軟化，減少了圍巖位移量，巷道變形明顯減?。?/p>

3) 通過(guò)近10個(gè)月的實(shí)踐效果檢驗(yàn)，表明分布實(shí)施的新奧法聯(lián)合支護(hù)技術(shù)措施能有效地釋放了初壓，適應(yīng)了軟巖巷道變形特點(diǎn)。

4) 本次加固過(guò)程安全可靠，保證了礦井安全，為整個(gè)礦區(qū)類(lèi)似深井軟巖巷道治理提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 彭蘇萍, 凌標(biāo)燦, 鄭高升,等.采場(chǎng)彎曲下沉帶內(nèi)部巷道變形與巖層移動(dòng)規(guī)律研究[J]. 煤炭學(xué)報(bào),2002,27(1):21-25.

[2] 潘一山, 呂祥鋒, 李忠華. 吸能耦合支護(hù)模型在沖擊地壓巷道中應(yīng)用研究[J]. 采礦與安全工程學(xué)報(bào),2011,28(1):6-10.

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[4] 錢(qián)鳴高,劉聽(tīng)成. 礦山壓力及其控制[M]. 北京:煤炭工業(yè)出版社,1996.

[5] 何滿潮,呂曉儉,景海河. 深部工程圍巖特性及非線性動(dòng)態(tài)力學(xué)設(shè)計(jì)理念[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2002,24(8): 1215-1224.

[6] 何滿潮, 孫曉明. 中國(guó)煤礦軟巖巷道工程支護(hù)設(shè)計(jì)與施工指南[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2004.