孔 融 翟佳道 馮國海(淮北礦業(yè)集團公司桃園煤礦 安徽 宿州 234116)

1 泵房概況

桃園煤礦二水平泵房和變電所初始支護均采用高強錨網(wǎng)支護，已有永久支護設(shè)計為一次高強錨網(wǎng)支護的基礎(chǔ)上，再采用二次錨網(wǎng)支護和鋼筋混凝土碹作永久支護的聯(lián)合支護方式，作為礦井深部開采水平的核心硐室，其維護狀況好壞對礦井意義重大，但上述硐室掘出不到一年，就產(chǎn)生了變形和破壞；馬頭門采用550mm厚的鋼筋混凝土碹作永久支護的區(qū)域，仍出現(xiàn)裂紋，北側(cè)勺山墻開裂嚴(yán)重的破壞現(xiàn)象；同時二水平巷道大面積出現(xiàn)底臌等破壞現(xiàn)象。嚴(yán)重威脅泵房的正常使用。

2 破壞原因及加固措施

一般造成巷道失穩(wěn)破壞的主要原因有兩個方面:一是巖性,二是支護圍巖關(guān)系差。由于施工初期,碹體與圍巖間留下大量空隙,致使碹體受集中載荷,大大降低其承載能力。底臌嚴(yán)重是軟巖巷道變形與破壞的重要特征。為了保持泵房的正常使用,須進行臥底維修,但隨之使幫腳內(nèi)移。加劇了泵房砼碹肩部的大面積幫裂,也在橫梁上產(chǎn)生了很大擠壓力,致使橫梁嚴(yán)重彎曲。在集中力和底臌的作用下,軟巖硐室的實際承載能力較低。只有理論承載能力的1/5～2/5。這是軟巖硐室嚴(yán)重破壞的主要原因。

根據(jù)以上分析,擬采用錨注加固。對于節(jié)理裂隙發(fā)育的軟巖,注漿可改變圍巖的松散結(jié)構(gòu),提高粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角,封閉裂隙阻止水對巖體的侵蝕,使巖體強度顯著提高,從而大大提高圍巖的自承能力。同時巷道圍巖的充填改善了原支護的受力狀況,而且這種方法不影響泵房的正常運營,易于實施,成本低廉。由于泵房圍巖相當(dāng)破碎,原支護圍巖孔隙、裂隙相當(dāng)發(fā)育,注漿分淺孔注漿和深孔注漿二步進行。為了防止?jié){液大量泄漏,保證注漿效果,在淺孔注漿前,對幫裂或突出比較嚴(yán)重的地段實施噴漿。淺孔注漿的目的是:①充填淺部孔隙、裂隙,改變原支護的受力狀況,使混凝土碹由受集中載荷到受均布載荷。②提高淺部破碎巖體的可鉆性。③有利于增加深孔注漿的加固效果。深孔注漿的主要目的是使圍巖由松散結(jié)構(gòu)變?yōu)檎w結(jié)構(gòu),使巖體強度顯著提高,從而大大提高圍巖的自承能力。同時大大改善原支護的受力狀況,提高原支護的承載能力。通過錨桿將注漿加固圈與錨帶網(wǎng)索噴組合在一起形成共同承載體系,大幅度提高支護系統(tǒng)對圍巖的阻力。

3 實施效果

3.1 注漿參數(shù)測試結(jié)果

淺孔注漿共用了110根錨桿,共注了50680kg水泥,平均每孔注46kg,除去注不進漿的錨桿孔,平均每孔注水泥70kg。深孔注漿共用了228根錨桿,共注了53530kg水泥,平均每孔注了237kg。其中注漿量最大的孔注了1000kg水泥。如此大的注漿量說明巖層裂隙相當(dāng)發(fā)育,平均裂隙率4141～7134%。從漿液擴散情況看,泵房注漿以充填注漿為主,大約占80%,只有20%的漿液滲透到微小裂隙,而且只在深部局部起滲透作用,淺部主要以充填為主。充填大大地改善了原支護巷道的受力狀況。

3.2 圍巖力學(xué)性能測試結(jié)果

將取出的巖芯在室內(nèi)進行物理力學(xué)性質(zhì)測定,實驗結(jié)果表明,注漿使巷道圍巖物理力學(xué)性質(zhì)得到明顯改善。原巖體破壞前的單軸抗壓強度為1600MPa,彈性模量為3470MPa,抗拉強度為0185MPa,泊松比為0124。錨注后,巷道圍巖由強度很低的破碎巖體膠結(jié)在一起,接近于原巖體破壞前的強度。單軸抗壓強度為1518MPa,彈性模量為2483MPa,抗拉強度為0182MPa,泊松比為013。按照我國《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》(送審稿),錨注后的巖體質(zhì)量可提高一個級別。泵房錨注后圍巖由軟弱巖體提高到較軟弱巖體。圍巖的自承能力大大加強。

3.3 巷道周邊位移觀測結(jié)果

如圖1-1所示，采用圍巖錨注加固支護技術(shù)后，支護效果非常明顯，長達一年的觀測結(jié)果表明,與錨注前相比,各個斷面的位移及位移速度明顯減小,變形得到了明顯的控制。錨注前四個多月頂板位移量最大達42mm,位移速度峰值達0129mm/d。兩幫位移量最大達15mm,位移速度峰值為011mm/d。錨注過程中,各個斷面兩幫位移量最大達5mm,位移速度峰值為0122mm/d。但分析可以發(fā)現(xiàn)位移量較大發(fā)生在以下區(qū)域:

圖1-1 泵房圍巖錨注加固支護效果圖

3.3.1 沒有注漿的區(qū)域

3.3.2 整個斷面只部分注漿,注漿停留時間過長

錨注剛結(jié)束時,各個斷面的位移明顯減小,兩幫最大位移為2mm,位移速度峰值為0104mm/d。頂板最大位移為2mm,位移速度峰值為0109mm/d。錨注后四個多月進行觀測,沒有發(fā)現(xiàn)明顯位移。

4 結(jié)論

由以上測試結(jié)果和理論分析說明,錨注加固起到了很好的效果。注漿使巖體強度顯著提高。使圍巖的破碎巖體由被動承載到主動承載,發(fā)揮圍巖的自承能力。通過錨桿將注漿加固圈與原錨帶網(wǎng)索噴支護組合在一起形成共同承載體系,從而大大提高原支護對軟巖的支護效果。同時注漿還起隔水防止風(fēng)化的作用,從根本上改善了軟巖硐室的支護面貌。

成功解決了桃園礦二水平埋深850m深井大斷面軟巖硐室支護難題，且巷道支護狀況良好，保證了桃園礦二水平深部開采水平的正常開拓。泵房、變電所是二水平深部開采的核心硐室，通過采用圍巖錨注加固技術(shù)，能長期有效控制巷道圍巖有害變形，為變電所和泵房內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備正常工作提供安全、可靠的井下環(huán)境，保障了桃園二水平深井正常、安全和高效開采。

桃園礦二水平深井大斷面硐室支護采用圍巖錨注加固技術(shù)，取得了顯著的經(jīng)濟效益，并在桃園礦二水平得到了推廣應(yīng)用，為解決該礦深井軟巖巷道的支護難題提供了一條有效途徑。

［1］柏建彪，侯朝炯，杜木民，等.復(fù)合頂板極軟煤層巷道錨桿支護技術(shù)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2001.

［2］李明遠，王連國，易恭猷，等.軟巖巷道錨注支護理論與實踐[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2001.