郭勤強(qiáng),田　坤,胡振升,王　哲

(1.河南省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，　河南 洛陽市　471000； 2.鄭州市煤炭管理局，河南 鄭州　450000； 3.晉煤集團(tuán)宏圣建筑工程有限公司，　山西 晉城市　048000)

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組錨注漿控底技術(shù)在底鼓治理中的應(yīng)用

郭勤強(qiáng)1,田坤2,胡振升3,王哲1

(1.河南省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 洛陽市471000； 2.鄭州市煤炭管理局，河南 鄭州450000； 3.晉煤集團(tuán)宏圣建筑工程有限公司，山西 晉城市048000)

為了解決軟巖巷道的底鼓問題，提出了組錨注漿控底技術(shù)。通過數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)礦壓監(jiān)測(cè)，對(duì)某礦120石門采用組錨注漿控底技術(shù)的效果進(jìn)行了分析與研究，結(jié)果表明：組錨注漿技術(shù)能夠有效減小巷道底鼓量，同時(shí)幫頂變形量小，控底效果良好，巷道圍巖最大主應(yīng)力分布狀態(tài)得到改善，錨索的高抗拉強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)得以發(fā)揮。

軟巖巷道；底鼓；組錨注漿；控底技術(shù)

0　引　言

底鼓是指巷道底板向上隆起的現(xiàn)象，是軟巖巷道的主要破壞形式之一。底鼓會(huì)導(dǎo)致巷道斷面縮小，阻礙礦井運(yùn)輸和通風(fēng)的正常進(jìn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐烧麠l巷道的報(bào)廢，對(duì)礦井的安全生產(chǎn)造成極大的制約[1]，因此對(duì)軟巖巷道的底鼓問題進(jìn)行合理控制設(shè)計(jì)尤為重要。某礦是典型的軟巖礦井，部分巷道破壞嚴(yán)重。120石門全長(zhǎng)94 m，采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)，由于底板巖層松軟破碎，底鼓、拱墻內(nèi)錯(cuò)破壞嚴(yán)重，巷道一直處于不穩(wěn)定狀態(tài)，嚴(yán)重影響了運(yùn)輸工作的正常進(jìn)行并增大了通風(fēng)阻力。結(jié)合某礦實(shí)際地質(zhì)特點(diǎn)，通過分析巷道底鼓原因，提出了組錨注漿控底技術(shù)，從而解決了120石門底鼓嚴(yán)重的問題。

1　工程概況

礦區(qū)地貌為丘陵坡地，地形呈北高南低，為山前傾斜坡地與沖積平原交匯帶。北部玄武巖山標(biāo)高+726.3 m，井口標(biāo)高+533.46 m，地表坡度5°左右。區(qū)內(nèi)北部發(fā)育一條較大的沖溝。礦井遠(yuǎn)離地表水體，工業(yè)廣場(chǎng)地勢(shì)較高，北部山坡有自然沖溝和泄洪溝等防堤工程，將山洪蓄積分流出塌陷區(qū)。某礦120石門位于6-2煤層底板巖石內(nèi)，底板巖層以白色砂巖為主，黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖次之，底板巖石破碎，遇水膨脹。

2　底鼓機(jī)理分析

據(jù)大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、數(shù)值模擬分析可知，巷道底鼓的原因和破壞形式有許多，其發(fā)生的條件也各不形同，主要有擠壓流動(dòng)型、撓曲褶皺型、剪切錯(cuò)動(dòng)型、遇水膨脹型4種底鼓方式[2￣3]。通過對(duì)120石門現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和室內(nèi)試驗(yàn)可知，一方面，該巷道直接底為破碎巖層，此時(shí)底板破碎巖層強(qiáng)度遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)相對(duì)完整的巷道兩幫和頂板的強(qiáng)度，在壓模效應(yīng)和遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)力的共同作用下，受擠壓后沿著底板自由面流動(dòng)到巷道內(nèi)；另一方面，巷道底板為膨脹性巖石，遇水后體積明顯增大，引起強(qiáng)烈的底鼓現(xiàn)象。因此，120石門的底鼓類型為擠壓流動(dòng)型和遇水膨脹型底鼓的復(fù)合。

3　組錨注漿控底技術(shù)

3.1控底方案

(1) 將巷道底板臥至設(shè)計(jì)標(biāo)高以下300～400 mm；

(2) 對(duì)底板進(jìn)行淺部預(yù)注漿，改善底板破碎狀態(tài)，為打組合錨索孔和形成深孔注漿承壓面創(chuàng)造條件；

(3) 打組合錨索孔，編制并安裝組合錨索，下注漿管封孔；

(4) 利用錨索孔對(duì)底板深部進(jìn)行高壓注漿；

(5) 依次鋪鋼筋網(wǎng)、下底梁，再鋪鋼筋網(wǎng)，上大、小托盤，張拉錨索，澆筑混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo)高；

(6) 待澆筑混凝土凝固后對(duì)底板打淺孔進(jìn)行二次注漿。

3.2技術(shù)參數(shù)選取

(1) 注漿參數(shù)：注漿材料選用水泥—水玻璃雙液漿材，水泥為42.5 MPa普通硅酸鹽水泥，水玻璃選用40Be′漿液，嚴(yán)格按照配比施工；淺孔注漿壓力為3 MPa，深孔注漿壓力設(shè)計(jì)為5 MPa。

(2) 注漿孔布置：淺部預(yù)注漿鉆孔為五花式布置，每排2個(gè)孔，深部注漿孔布置為全段每排1孔排距2.5 m，孔距幫0.6 m，鉆孔直徑為90 mm，孔深6 m；澆筑完后沿巷道中心按1 m間距布置1排注漿孔，孔徑90 mm，孔深6 m。

(3) 錨索的選擇：錨索選用3根Φ17.8 mm的鋼絞線，單根強(qiáng)度級(jí)別為1860 MPa，破壞載荷350.0 kN，組合錨索端頭錨固段應(yīng)不小于4 m，將底板組合錨索長(zhǎng)度確定為12.5 m。

(4) 組錨布置：結(jié)合120石門跨度、底板巖性，確定鉆孔使用五花布置，排距2.5 m，每排2個(gè)孔，每?jī)膳胖虚g1個(gè)孔，中間孔位于巷道中心線上，垂直底板，兩側(cè)孔距幫0.6 m，錨索外擺角度為15°，預(yù)緊力設(shè)為120 kN。

4　數(shù)值模擬

4.1模型建立

建立長(zhǎng)×寬×高為80 m×50 m×80 m的數(shù)值模型，注漿后漿液的擴(kuò)散半徑取最小值1.5 m。控底效果的模擬是通過改變圍巖加固圈的力學(xué)參數(shù)來進(jìn)行的。

4.2數(shù)值模擬結(jié)果分析

(1) 圍巖位移狀況：圖1和圖2顯示了巷道圍巖位移狀況?？梢钥闯鲎畲蟮坠牧繛? cm，較控底之前減小了近90%；兩幫移近量約為8 cm，頂板下沉量在5 cm以下。巷道整體尤其底板穩(wěn)定性良好，達(dá)到了進(jìn)行控底方案設(shè)計(jì)的目的。

圖1　垂直方向位移

圖2　水平方向位移

(2) 圍巖應(yīng)力以及錨索受力狀：圖3和圖4顯示了使用組錨注漿方案后巷道圍巖應(yīng)力分布狀況。通過與控底前的應(yīng)力分布狀況進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，雖然控底后的巷道底板也出現(xiàn)了拉應(yīng)力，但由于使用了底板組合錨索，底板處拉應(yīng)力降低，而且由于底板注漿改善了底板巖石強(qiáng)度，石門底鼓量不大，而且巷道底角處的應(yīng)力集中現(xiàn)象得到了緩解。圖5顯示了底板錨索的受力狀態(tài)。通過進(jìn)行底板注漿和對(duì)錨索施加預(yù)緊力，組合錨索實(shí)現(xiàn)了全長(zhǎng)錨固，從圖中可以看出三組錨索受拉明顯，其具有的高抗拉強(qiáng)度特性得到了發(fā)揮，對(duì)抑制巷道底鼓變形起到了重要作用。

圖3　垂直方向應(yīng)力分布

圖4　垂直方向應(yīng)力分布

圖5　底板錨索受力狀況

5　礦壓監(jiān)測(cè)

為使礦壓監(jiān)測(cè)盡可能真實(shí)的反映出控底效果，避免巷道交叉點(diǎn)等因素對(duì)底板穩(wěn)定性的影響，在120石門內(nèi)設(shè)置兩個(gè)觀測(cè)斷面，觀測(cè)斷面距交叉點(diǎn)22 m，觀測(cè)斷面間距為50 m，每個(gè)觀測(cè)斷面上設(shè)置巷道表面位移測(cè)量基點(diǎn)。所測(cè)斷面兩幫最大移近量為112 mm，最大底鼓量為78 mm。在支護(hù)實(shí)施后大約一個(gè)半月之內(nèi)巷道變形明顯，之后逐漸趨向穩(wěn)定。表明經(jīng)過組錨注漿技術(shù)進(jìn)行加固后的巷道圍巖可以達(dá)到一個(gè)較好的穩(wěn)定狀態(tài)，能夠滿足生產(chǎn)需求。

6　結(jié)　論

根據(jù)分析某礦120石門底鼓原因、影響因素及其現(xiàn)場(chǎng)條件，確定控底方案為底板組錨注漿加固，并對(duì)方案進(jìn)行了數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)礦壓監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明：組錨注漿技術(shù)能夠有效減小巷道底鼓量，同時(shí)幫頂變形量小，控底效果良好，巷道圍巖最大主應(yīng)力分布狀態(tài)得到改善，錨索的高抗拉強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)得以發(fā)揮。

該組錨注漿技術(shù)可以為軟巖巷道的底鼓問題提供借鑒。

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2016￣06￣05)

郭勤強(qiáng)(1990-)，河南周口人，助理工程師，從事礦業(yè)開發(fā)工作，Email：guoqinqiang1989@163.com。