呂成義

(霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司 李雅莊煤礦，山西 霍州 031400)

隨著特大型礦井高產(chǎn)高效的發(fā)展需要，井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)逐漸采用無軌膠輪車。立井生產(chǎn)建設(shè)中需要掘進(jìn)大型設(shè)備換裝硐室以滿足大型設(shè)備組裝、調(diào)換、運(yùn)輸接替的需要，及無軌膠輪車使用的需要。大型設(shè)備換裝硐室施工斷面大，掘進(jìn)過程中支護(hù)效果成為保證硐室使用效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，深井地壓大，巷道圍巖變形明顯，因此需要對(duì)深井大型設(shè)備換裝硐室掘進(jìn)支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究。

1 工程概況

西部某礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1 500萬t/a，首采煤層埋深約680 m，采用立井提升系統(tǒng)，井下大型設(shè)備換裝硐室開口與副井井筒距離76 m，硐室長(zhǎng)度為40 m，與附近巷道距離較近，斷面設(shè)計(jì)為直墻三心拱形，掘進(jìn)寬度9.1 m，掘進(jìn)高度12.133 m，掘進(jìn)斷面105 m2.

硐室頂?shù)装鍨榉凵皫r，硬度不高，根據(jù)已施工段地質(zhì)情況，巷道頂板及兩幫巖石不穩(wěn)定，有片幫現(xiàn)象，掘進(jìn)過程中需及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。

2 硐室大斷面掘進(jìn)支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 頂板及幫部支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)中國礦業(yè)大學(xué)支護(hù)專家系統(tǒng)軟件支護(hù)設(shè)計(jì)，并結(jié)合礦井掘進(jìn)支護(hù)管理經(jīng)驗(yàn)，頂板采用d22 mm×2 400 mm左旋無縱筋螺紋鋼筋，配高強(qiáng)度螺母，間排距1 000 mm×1 000 mm，錨桿預(yù)緊力300 N·m，錨桿錨固力為80 kN；采用d18.9 mm×8 300 mm錨索，間排距1 000 m×1 000 mm，錨索預(yù)緊力250 kN. 錨桿、錨索交叉布置，即錨索安裝在兩排頂錨桿中部，且所有錨桿(索)配以W型鋼護(hù)板，厚度5 mm，寬280 mm，長(zhǎng)度450 mm，巷道斷面布置圖見圖1，頂、幫支護(hù)圖分別見圖2，3.

圖1 巷道斷面布置圖

圖2 頂部支護(hù)圖

2.2 底板支護(hù)設(shè)計(jì)

底板全部采用錨索支護(hù)，鳥籠狀布置，以提高底板支護(hù)的整體性。錨索規(guī)格為d18.9 mm×8 300 mm，間距2 000 m，排距2 000 mm，均勻布置在硐室底板。使用d56 mm地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，孔深全部(8 000±50)mm. 使用全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固，首先采用灌注水泥錨固，錨固長(zhǎng)度1 200 mm，水泥固化后施加預(yù)緊力，然后灌水泥漿實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)錨固，預(yù)緊力180～250 kN，底板支護(hù)見圖4.

圖4 底板支護(hù)圖

支護(hù)結(jié)束后頂板及兩幫噴射混凝土，厚度為150 mm，分兩次噴，噴層強(qiáng)度C25；底板進(jìn)行硬化，硬化厚度300 mm.

3 支護(hù)效果分析

隨著施工進(jìn)程，在設(shè)備換裝硐室拱部安裝錨桿錨索測(cè)力計(jì)和頂板離層儀，其中4個(gè)錨索測(cè)力計(jì)和5個(gè)錨桿測(cè)力計(jì)，左右兩幫各3個(gè)錨桿測(cè)力計(jì)和3個(gè)錨索測(cè)力計(jì)，進(jìn)行錨桿(索)受力情況觀測(cè)分析，見圖5.

圖5 錨桿(索)測(cè)力計(jì)布置圖

3.1 錨桿受力分析

硐室拱部、幫部錨桿受力圖分別見圖6,7.

圖6 硐室拱部錨桿受力圖

圖7 硐室?guī)筒垮^桿受力圖

由圖6和圖7可知：

1) 硐室拱部左下位置錨桿初始預(yù)緊應(yīng)力較大，隨著硐室施工，錨桿受力基本穩(wěn)定在110 kN；拱部其它位置錨桿初始預(yù)緊力在60 kN左右，隨著硐室施工，錨桿受力逐漸增加，最終穩(wěn)定在100 kN左右。

2) 除左幫上部測(cè)試錨桿因螺母與桿體螺紋聯(lián)接處失效外，硐室?guī)筒垮^桿在安裝后受力總體基本穩(wěn)定，隨著時(shí)間推移波動(dòng)較小。

3) 硐室?guī)筒垮^桿受力相對(duì)于拱部錨桿受力較小，但是錨桿受力穩(wěn)定時(shí)間較快。根據(jù)錨桿最終受力可知，拱部錨桿所需初始預(yù)緊力較大，預(yù)緊力達(dá)到100 kN以上時(shí)，錨桿受力一直處于穩(wěn)定狀態(tài)；幫部錨桿受力達(dá)到60 kN以上即可保證巷道圍巖的穩(wěn)定性。

3.2 錨索受力分析

硐室拱部、幫部錨索受力圖分別見圖8,9.

圖8 硐室拱部錨索受力圖

圖9 硐室?guī)筒垮^索受力圖

由圖8和圖9可知：

1) 除硐室拱部左上錨索失錨外，其他錨索安裝后受力基本穩(wěn)定，且隨硐室施工受力波動(dòng)較小。

2) 硐室?guī)筒垮^索受力較穩(wěn)定，錨索預(yù)緊力在180 kN左右，隨掘進(jìn)影響，錨索受力有一定增加，最終穩(wěn)定在200 kN左右。

3) 根據(jù)硐室錨索最終穩(wěn)定受力可知，幫部錨索受力穩(wěn)定在200 kN左右，拱部錨索受力穩(wěn)定在150 kN左右，幫部錨索受力相對(duì)于拱部錨索受力較大。

4 結(jié) 論

對(duì)深井大型設(shè)備換裝硐室掘進(jìn)支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，得出硐室采用錨桿(索)全斷面加強(qiáng)支護(hù)，在此支護(hù)設(shè)計(jì)下錨桿能夠保證硐室淺部范圍內(nèi)圍巖的完整性，與錨索共同作用能夠保證硐室圍巖的穩(wěn)定性，為該礦大斷面硐室掘進(jìn)支護(hù)積累了經(jīng)驗(yàn)。