許 春

(河南錦源建設(shè)有限公司，河南省鄭州市，450042)

1 工程概況

鄭煤集團李糧店礦井是一座設(shè)計能力240萬t/a的大型礦井，礦井主采二1煤層，為立井單水平上下山開拓，初期布置主、副、風(fēng)井3個立井，井筒凈徑分別為5 m、6 m、5 m，井筒設(shè)計深度分別為741 m、488 m、502 m。礦井底主排水泵房設(shè)計位置在副井井筒南側(cè)，東西方向布置，長度80 m，硐室距副井筒凈距27 m，硐室總體處于灰?guī)r中。泵房硐室掘進寬6400 mm，掘進高7200 mm，掘進斷面積41.6 m2；泵房硐室設(shè)計采用兩次支護：一次錨(索)網(wǎng)噴聯(lián)合支護，C15噴厚150 mm，采用?20 mm×2000 mm礦用樹脂錨桿、錨桿間排距700 mm×700 mm、設(shè)計錨固力不低于64 kN，錨索采用?15.5 mm×4000 mm鋼絞線、配400 mm長12號工字鋼作托盤、間排距2100 mm×2100 mm、每排3根、設(shè)計錨固力不低于100 kN，金屬網(wǎng)規(guī)格?6.5 mm×1000 mm×2000 mm、搭接長度100 mm；二次C40砼支護400 mm，凈斷面積31.2 m2，鋪底厚200 mm，基礎(chǔ)深度250 mm。

2 主排水泵房冒頂事故

該主排水泵房硐室于2011年9月份開工，至10月底完成硐室掘進并進行了一次支護(二次支護暫未施工)。2011年12月3日井下泵房主體出現(xiàn)大面積冒頂，經(jīng)測量冒頂范圍主要為泵房主體由西向東22～40 m段，頂板冒落高度在5～8 m之間。為保證作業(yè)安全，井下各工作面全部停止施工。

3 泵房硐室冒頂原因分析

3.1 一次支護設(shè)計強度不足

本案中泵房硐室埋深大、跨度大、斷面大，因而地應(yīng)力大、應(yīng)力集中程度高；且硐室處于層狀巖層中(L6～L8灰)，各巖層厚度不大(3 m左右)，層間粘結(jié)力弱，一次支護設(shè)計中錨索長度太短(長度4 m)且數(shù)量少(每排3根)，不能伸入到相對穩(wěn)定巖層中起到強力懸吊的作用。

3.2 二次永久支護時間滯后

本案支護設(shè)計中，一次支護實為臨時支護并作為永久支護的一部分，在一次支護后一定時間段內(nèi)或掘進一定長度段內(nèi)應(yīng)及時進行二次支護。但實際施工中，50 m硐室掘進了近兩個月，而后又停了一個月還未進行二次永久支護。大斷面硐室因時間延長，加之相鄰多條巷道施工爆破影響，致使松動圈擴展、支護體破壞失穩(wěn)而冒頂。

3.3 施工中錨桿未嚴格按要求布置

支護重頂輕幫，實際硐室?guī)筒靠諑透叨冗_2～3 m,每排缺6根錨桿，對泵房硐室穩(wěn)定有一定影響。

3.4 監(jiān)測工作缺失

《煤礦安全規(guī)程》中對巖巷錨桿支護未有必須監(jiān)測的規(guī)定，但從實踐經(jīng)驗來說，對于這種大埋深、大斷面、層狀頂板圍巖，應(yīng)加強表板離層監(jiān)測工作，以及時預(yù)警，防患于未然。

4 主排水泵房冒頂治理技術(shù)

4.1 方案選擇

進行硐室冒頂治理，恢復(fù)硐室支護的主要方案如下所述。

(1)木垛法。即架設(shè)托棚并穿長梁，在上面搭設(shè)木垛接頂，每搭完一個后下面架設(shè)密集支架，依次處理完整個冒頂區(qū)；后對支架全部噴漿封閉，并對整個冒頂區(qū)進行壁后充填注漿；最后進行二次永久支護。

(2)撞楔法。即在撞楔及背板掩護下，一次性架設(shè)永久性支架，直到通過冒頂區(qū)；后對支架全部噴漿封閉，并對整個冒頂區(qū)進行壁后充填注漿；最后進行二次永久支護。

(3)充填注漿法。即對冒頂區(qū)兩端用磚墻密閉，將整個冒頂區(qū)域?qū)嵤┏涮钭{；后對充填區(qū)掘進，采用密集支架支護；最后進行二次永久支護。

以上3個方案中，方案(1)因頂部空間極大(寬7 m，高5～8 m),冒落空間以上巖石不穩(wěn)定，且硐室自身高度7.2 m，運料難度極大，總體風(fēng)險極大；方案(2)因硐室斷面極大，實際實施撞楔時數(shù)量多且難以有效背實，加之冒落區(qū)內(nèi)大塊矸石多，實施撞楔施工很難準確控制，強行施工也具有很大風(fēng)險且進度極慢；方案(3)先行注漿后整體圍巖會穩(wěn)定，再行開挖相對安全，治理時間相對較短，但費用有所增加。綜合比較，選用方案(3)作為治理方案。

4.2 方案實施順序

(1)先對泵房硐室未冒落區(qū)域進行整體加固，即由東、西兩端架棚至冒落區(qū)后停止架棚。

(2)對泵房硐室冒落區(qū)域進行注漿充填加固。對硐室內(nèi)已冒落堆積的虛矸進行噴漿封閉，然后在適當(dāng)位置碼放砂袋接頂，最后將砂袋外表噴漿封閉、加固，作為止?jié){墻；采用雙液漿對硐室內(nèi)堆積的虛矸進行加固，選用2臺2TGZ-60/210注漿泵在東、西兩工作面同時施注，漿液通過提前預(yù)埋的鋼管輸送；下部虛矸充填完畢后，開始使用單液水泥漿充填拱部冒空區(qū)及冒空區(qū)以外約5 m范圍內(nèi)的圍巖，漿液通過提前預(yù)埋的鋼管輸送；注漿完畢后，從東、西兩工作面同時對冒落區(qū)以外的硐室主體進行二次鋼筋混凝土澆筑。在后巷永久支護的同時，對冒頂區(qū)域進行注漿效果檢查，并進一步注漿充填；后部硐室主體澆筑完畢后，清理工作面，將止?jié){墻破除，準備掘進冒落充填區(qū)。同時再次對冒頂區(qū)域注漿效果進行檢查；檢查注漿充填效果，保證密實可靠。

(3)對己加固冒頂區(qū)再次掘進支護。施工采用管棚超前支護。使用36U鋼棚，間距600 mm。管棚使用?40 mm×2500 mm鋼管，沿拱部半圓外100 mm布置，間距300 mm，造孔選用YT-28鉆機配直徑42 mm鉆頭鉆進，鋼管采用撞擊法打入2400 mm，每三棚進行一次管棚超前支護。

管棚施工完畢后開始人工風(fēng)鎬掘進，每次掘進0.6 m，掘夠尺寸后立即架設(shè)36U型棚支護，并將U型棚拱部采用長錨索支護至冒頂外的大占砂巖中2 m以上。

冒頂區(qū)每掘進約8 m后進行二次鋼筋混凝土澆筑，澆筑長度5 m，具體分段澆筑長度根據(jù)現(xiàn)場情況及設(shè)計參數(shù)確定，但最大不得超過8 m。

按此方法短掘、短支、短砌通過冒頂區(qū)。

掘進中每5 m對注漿充填情況進行一次效果檢驗，發(fā)現(xiàn)異常必須重新注漿加固或采取其他加固措施后方可恢復(fù)掘進。

(4) 全部硐室進行混凝土澆筑完畢后，對硐室主體外圍巖再次進行壁后充填加固注漿。

4.3 方案實施要點

4.3.1 注漿加固

(1)止?jié){墻噴漿前需提前在虛矸堆上及冒空區(qū)預(yù)埋1寸注漿管。具體在虛矸堆上距底板3 m以上位置放置10根注漿管，東、西工作面各5根，長度約15 m，管上每300 mm打4個小孔，沿管壁梅花狀布置，管長可根據(jù)現(xiàn)場情況盡量接長；頂部冒落區(qū)放置注漿管10根，東、西工作面各5根，長度根據(jù)實際情況盡量接頂，注漿管向冒頂處傾斜60°放置并固定，孔端應(yīng)盡量深入冒空區(qū)，管長及管子數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場情況加大。

(2)按先底板虛矸后頂部冒落區(qū)順序注漿。首先使用水泥-水玻璃雙液漿充填加固底板虛矸，水泥選用P.O42.5水泥，水灰比1∶1，C∶S=1∶0.5,水玻璃選用液體硅酸鈉型,濃度Be′=38～40,模數(shù)M=2.4～3.2，底板虛矸內(nèi)漿液凝固8 h以上；而后通過頂部冒落區(qū)內(nèi)預(yù)置的注漿管開始注漿充填冒落區(qū)及周邊圍巖，漿液使用單液水泥漿，注漿壓力以不超過2 MPa為準。

(3)通過在兩端工作面拱頂處提前預(yù)埋的短管判斷硐室內(nèi)虛矸注漿程度，當(dāng)短管出漿時采用間歇式注漿，直到短管連續(xù)出漿30 min后方可停止。預(yù)計注漿充填高度進入冒頂區(qū)超過拱頂厚2 m時停止注漿，初凝一段時間后再恢復(fù)頂部冒落區(qū)充填注漿。

(4)全部注漿完畢后凝固時間不少于14 d。

4.3.2 掘進施工

(1)掘進前在兩端工作面各打2探孔，分別檢查頂部及前方注漿體充填密實情況及強度，前探長度6 m，前探隨工作面掘進分段超前進行，滿足要求后方可掘進，否則必須再次注漿加固或采取其他措施。

(2)掘進施工須加工專門的支護臺車，平臺分上下兩層，配合一臺回柱絞車牽引行走，各平臺鋪設(shè)牢固的鋪板并四周設(shè)防護欄桿。

(3)保證施工“五原則”：弱擾動，管超前，短掘進，小開挖，強支護。弱擾動指采用人工風(fēng)鎬掘進，必要時只可對棚腿底窩處進行小松動炮處理(1次爆破不超過2個炮眼，總裝藥量不大于500 g)；管超前指采用管棚超前支護，鋼管采用撞擊法打入，并保證管棚超前距不少于1200 mm；短掘進指每循環(huán)進尺保持不大于500 mm，開挖后及時架36U型金屬支架，棚后鋪?6.5 mm鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)間拱接100 mm，12#鐵絲聯(lián)網(wǎng)間距300 mm；小開挖指分斷面小面積開挖，即斷面以拱基線為準分為上下兩部分、上部超前下部2.4 m，先進行拱基線以上部分掘進并逐架架設(shè)頂梁；而后順序開挖支架兩柱腿及頂梁部分，每側(cè)柱腿開挖寬度1.6 m，其余部分保持滯后3 m；強支護指每掘進及架棚8 m后及時進行二次鋼筋混凝土澆筑，澆筑長度不小于5 m，具體澆筑長度可根據(jù)現(xiàn)場情況及設(shè)計參數(shù)調(diào)整。

圖1 泵房開挖示意圖

4.3.3 整體壁后注漿加固

硐室主體二次混凝土澆筑完畢后，對硐室主體進行再次注漿充填加固，冒落區(qū)采取深孔注漿，注漿措施另行編制。

4.4 方案實施效果

采用以上治理技術(shù)，安全順利完成了冒頂區(qū)架棚處理，共用時45 d。進行二次永久支護后，經(jīng)十字位移監(jiān)測，硐室整體穩(wěn)定。

5 結(jié)語

對于礦山井巷工程支護，合理的支護參數(shù)、支護順序及支護時間對巷道圍巖支護可靠性有著重大影響。特別是深井大斷面硐室支護問題，目前雖然大部分可實現(xiàn)安全施工，有著很多采用錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護成功的范例，但也要科學(xué)謹慎，確保萬無一失；尤其是高應(yīng)力、層狀或破碎圍巖中，或設(shè)計錨桿一次支護二次砌碹支護的條件下，必須高度注意一次支護的強度及二次支護的及時性問題，在設(shè)計及施工中予以明確兩次支護時間間隔或滯后距離。隨著注漿錨桿及注漿錨索的推廣應(yīng)用，可不斷優(yōu)化支護設(shè)計，同時切實加強巷道位移及離層監(jiān)測，保證支護及時可靠。