張春光，陳曉祥，張萬輝，蘭 天，李樂藝

石壕煤礦中央泵房加固技術(shù)研究與應(yīng)用

張春光1，陳曉祥2，張萬輝1，蘭 天1，李樂藝1

(1.河南大有能源股份有限公司 石壕煤礦，河南 三門峽 472123;2.河南理工大學(xué)，河南 焦作 454000)

石壕煤礦井底中央泵房埋深大，周圍巷道和硐室較多，由于擴(kuò)修的影響，中央泵房圍巖破碎，變形較大，影響了礦井的安全生產(chǎn)。通過對(duì)石壕煤礦中央泵房圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)查研究，提出了采用注漿加固配合高強(qiáng)樹脂錨桿、錨索(部分為對(duì)穿錨索)的綜合加固方案。這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)踐中的成功應(yīng)用，解決了井底中央泵房大變形支護(hù)困難的問題，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

中央泵房;注漿加固;對(duì)穿錨索

河南大有能源股份有限公司石壕煤礦位于河南省陜縣境內(nèi)，礦井采用雙立井單水平分區(qū)式上下山開拓方式，可采煤層為石炭二疊系山西組二1煤層，2009年核定生產(chǎn)能力為90萬t/a，礦井最大涌水量518.29 m3/h。由于井底中央泵房埋深大，且中央泵房周圍巷道和峒室較多，造成中央泵房圍巖應(yīng)力較為集中，特別是中央泵房南側(cè)，由副井井筒及相關(guān)巷道圍繞構(gòu)成了一個(gè)長(zhǎng)約30 m，寬約16 m的巖柱，圍巖應(yīng)力集中較為明顯，應(yīng)力分布復(fù)雜，巷道圍巖變形較大，多處圍巖產(chǎn)生了縱向和橫向交錯(cuò)的裂縫，最大裂縫寬度超過50 mm，已經(jīng)威脅到了水泵的安全運(yùn)行，如不進(jìn)行加固，將會(huì)影響礦井的排水系統(tǒng)和正常的生產(chǎn)。

1 中央泵房現(xiàn)狀

石壕煤礦現(xiàn)有新、舊2個(gè)中央泵房，圍巖巖性主要以砂巖、泥砂巖為主，巷道斷面為直墻半圓拱形，凈寬5 m，凈高5 m。老中央泵房于1984年投入運(yùn)行，新泵房于2009年投入運(yùn)行，新、老泵房之間凈巖柱間隔為10 m，新、老泵房及周圍巷道位置關(guān)系見圖1。

2 中央泵房圍巖結(jié)構(gòu)

圖1 新、老泵房及周圍巷道位置關(guān)系示意圖

石壕煤礦副井井底新、老中央泵房由于受到復(fù)雜高地應(yīng)力和周圍巷道擴(kuò)巷的擾動(dòng)影響，發(fā)生了嚴(yán)重的變形。特別是2009年新泵房的施工，造成了井底應(yīng)力的重新分布，加劇了圍巖的變形破壞，致使新、老泵房間巖柱及副井井筒側(cè)圍巖開裂，表面混凝土支護(hù)層剝落。為確保加固方案具有較高的可靠性和合理性，該礦通過布置測(cè)點(diǎn)對(duì)巷道圍巖變形情況及圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)查，調(diào)查結(jié)果見表1。

表1 圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)描述

3 中央泵房變形原因分析

3.1 復(fù)雜的圍巖應(yīng)力條件

在中央泵房周圍的大型巷道和硐室較多，受圍巖應(yīng)力重新分布的影響，泵房?jī)蓚?cè)的巖柱上方垂直應(yīng)力顯著增大，在高應(yīng)力作用下穩(wěn)定性進(jìn)一步下降，圍巖逐漸變形、破碎，控制難度進(jìn)一步增加［1］。

3.2 多次極近距離巷道掘進(jìn)和修復(fù)擾動(dòng)

2008年，對(duì)井底車場(chǎng)巷道進(jìn)行了擴(kuò)修;2009年，在老泵房10 m外新掘進(jìn)了新中央泵房;新、舊中央泵房巷道、硐室的掘進(jìn)和修復(fù)使峒室圍巖承受掘進(jìn)與擴(kuò)巷的動(dòng)壓影響，破壞圍巖的完整性，加劇巷道圍巖變形。

3.3 現(xiàn)有支護(hù)方式和支護(hù)參數(shù)不盡合理

1)老中央泵房采用混凝土澆筑單一方式支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度低，支護(hù)方式不合理。2)新中央泵房圍巖采用了錨桿、錨索+U型鋼聯(lián)合支護(hù)，但只是在峒室頂板采用了高強(qiáng)錨桿、錨索支護(hù)，且由于錨桿的預(yù)應(yīng)力較小，不能充分發(fā)揮高強(qiáng)錨桿的作用。3)由于新中央泵房高度較大，U型鋼棚又屬于被動(dòng)支護(hù)，大斷面U型鋼棚腿自身的穩(wěn)定性較差，支護(hù)能力小，不能抑止巷道圍巖的移動(dòng)和變形。

4 中央泵房加固方法選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、地質(zhì)條件調(diào)查和圍巖結(jié)構(gòu)調(diào)查分析，該礦新、老中央泵房在高應(yīng)力和擴(kuò)巷擾動(dòng)共同作用下，圍巖已經(jīng)產(chǎn)生了部分變形和破壞，特別是老中央泵房圍巖已經(jīng)遭到嚴(yán)重破壞，裂隙較為發(fā)育。為了有效控制此類破碎圍巖的長(zhǎng)期蠕變及進(jìn)一步破壞，保證加固效果，確定采用“注漿加固配合高強(qiáng)樹脂錨桿、錨索(部分為對(duì)穿錨索)加固”的綜合加固方案。

5 中央泵房加固參數(shù)選擇

5.1 圍巖封閉

中央泵房巷道注漿前，先對(duì)巷道進(jìn)行噴漿封閉，噴層厚度為100 mm，混凝土噴漿材料強(qiáng)度等級(jí)為C15，42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥，配比為：水泥∶砂子∶石粉 =1∶2∶2，水灰比 0.45 ～0.55，速凝劑添加量為水泥用量的3%～5%。噴漿封閉圍巖表面裸露區(qū)，圍巖縫隙等，以保證注漿效果。

5.2 注漿設(shè)計(jì)

1)注漿孔設(shè)計(jì)。由于新、老中央泵房圍巖破碎，為保證圍巖能夠注實(shí)，鉆孔間距為2 000 mm，排距2 000 mm;為保證泵房圍巖能夠充分得到加固，鉆孔深全部為6 500 mm。

2)注漿材料。為保證漿液能有效粘結(jié)泵房破碎圍巖，確保加固效果，要求水泥的強(qiáng)度等級(jí)不得低于42.5 MPa，水泥漿的水灰比0.6∶1 ～0.8∶1。

3)注漿壓力。注漿壓力是漿液在圍巖中擴(kuò)散的動(dòng)力，它受巖層條件、注漿方式和注漿材料等因素的影響和制約。根據(jù)已有的注漿施工經(jīng)驗(yàn)，注漿的孔口壓力為2～4 MPa，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整。

4)注漿量。由于圍巖的裂隙發(fā)育、松動(dòng)范圍和圍巖性質(zhì)方面的差異，單位體積的圍巖注漿量往往差別很大。經(jīng)過計(jì)算，每根錨桿需要注入的漿液量為3 m3，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過程中應(yīng)密切注意注漿壓力的變化，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整注漿量。注漿漿液由于重力的作用會(huì)往下部流淌，泵房圍巖注漿加固應(yīng)從下部往上逐層注漿，即先注兩幫，最后注泵房頂板。

5.3 高強(qiáng)樹脂錨桿

1)錨桿材料。錨桿為左旋無縱筋高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿。桿體直徑d22 mm，屈服強(qiáng)度不小于600 MPa，極限強(qiáng)度不小于750 MPa;屈服載荷228 kN，極限拉斷力285 kN;延伸率大于15%。桿尾螺紋規(guī)格M24，采用滾壓加工工藝成型，錨桿預(yù)緊力60～80 kN。

2)錨桿間排距及錨固方式。錨桿間排距為800 mm×800 mm［2］;每根錨桿采用2支低黏度錨固劑進(jìn)行錨固，1支規(guī)格K2335，1支規(guī)格為Z2360，錨固長(zhǎng)度1 000 mm。

5.4 強(qiáng)力錨索與對(duì)穿錨索

1)錨索材料。強(qiáng)力錨索與對(duì)穿錨索材料均為1×19股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，直徑d22 mm，極限強(qiáng)度1 860 MPa，極限破斷力550 kN，延伸率大于7%，錨索預(yù)緊力≥250 kN。

2)錨索間排距及錨固方式。強(qiáng)力錨索與對(duì)穿錨索間排距均為1 600 mm［3］(2個(gè)泵窩間為2 500 mm)。高強(qiáng)錨索錨固方式：采用樹脂端部錨固，3支低黏度錨固劑，1支規(guī)格為 K2335，另2支規(guī)格為Z2360，樹脂錨固長(zhǎng)度1 600 mm。對(duì)穿錨索采用水泥漿全長(zhǎng)錨固。見圖2，圖3。

6 礦壓監(jiān)測(cè)

為全面檢查中央泵房加固效果，監(jiān)控中央泵房加固后圍巖活動(dòng)狀況，掌握圍巖的變形規(guī)律，通過監(jiān)測(cè)來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，檢驗(yàn)加固質(zhì)量，同時(shí)為修改設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

1)巖體表面位移監(jiān)測(cè)。a)采用“十”字布點(diǎn)法進(jìn)行，每隔20 m設(shè)置1個(gè)測(cè)站。b)布置測(cè)點(diǎn)的當(dāng)天進(jìn)行第1次測(cè)量，以后每天觀測(cè)1次，20 d后每3 d觀測(cè)1次。

2)錨桿、錨索錨固力監(jiān)測(cè)。錨桿錨固力檢測(cè)采用LZD－200型錨桿拉力計(jì)進(jìn)行拔拉。錨索錨固力檢測(cè)采用MGL－20型錨索拉力計(jì)進(jìn)行拔拉。

3)監(jiān)測(cè)效果分析。a)巖體表面位移分析。通過對(duì)新、老中央泵房的監(jiān)測(cè)，前15 d，平均頂?shù)装逦灰屏?.5 mm，并且呈遞增趨勢(shì);15～30 d，頂?shù)装逦灰屏孔冃瘟枯^小，基本趨于穩(wěn)定;施工后60 d，頂?shù)装寮八轿灰埔平恳呀?jīng)基本趨于穩(wěn)定，變化很小。b)錨桿、錨索效果分析。測(cè)力錨桿實(shí)驗(yàn)表明，1 d后，錨桿受力為55～75 kN，錨索受力為140～170 kN，頂錨桿錨固力略大于幫錨桿錨固力;從觀測(cè)時(shí)間上看，錨桿、錨索前期受力較大，經(jīng)過一段時(shí)間之后達(dá)到穩(wěn)定。

7 結(jié)語

經(jīng)過2個(gè)月現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)及分析結(jié)果可知，石壕煤礦新、老中央泵房采用“注漿加固配合高強(qiáng)樹脂錨桿、錨索(部分為對(duì)穿錨索)”的綜合加固方案技術(shù)可行，實(shí)踐效果較好，有效地解決了中央泵房大變形問題，保證了礦井的正常生產(chǎn)需要，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

［1］ 楊 峰，王連國(guó)，賀安民，等.復(fù)合頂板的破壞機(jī)理與錨桿支護(hù)技術(shù)［J］.采礦安全與工程學(xué)報(bào)，2009，26(3)：286－289.

［2］ 寧樹山.錨桿組合支護(hù)在復(fù)合頂板大斷面巷道的應(yīng)用研究［J］.同煤科技，2009(1)：17－19.

［3］ 李層林.淺析錨索在復(fù)合頂板支護(hù)中的應(yīng)用［J］.煤炭科技，2009(2)：39－40.

Reinforced Technology Research and Application for Central Pump Room of Shihao Coal Mine

Zhang Chun－guang，Chen Xiao－xiang，Zhang Wan－h(huán)ui，Lan Tian，Li Le－yi

The depth of the central pump room of shaft bottom in Shihao coal mine is large，surrounding tunnel and chamber is more，due to enlarge，the surrounding rock of the central pump room crush，deformation is larger，affects safe production in the mine.Through investigation on the internal structure of surrounding rock of the central pump room in Shihao coal mine，puts forward the comprehensive reinforcement plan by using grouting with high strength resin anchor bolt，anchor cable(part is the strand anchor cable).The successful application of this technology in practice solves difficult problem of supporting and has application value.

Central pump room;Grouting reinforcement;Strand anchor cable

TD353+.6

A

1672－0652(2011)10－0008－03

2011－08－30

張春光(1984—)，男，河南尉氏人，2008年畢業(yè)于河南理工大學(xué)，碩士研究生，主要從事煤礦采掘技術(shù)研究方面的工作(E －mail)janzv@163.com