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        井底變電所底板加固方案優(yōu)化

        2019-09-28 07:57:14
        山東煤炭科技 2019年9期
        關(guān)鍵詞:風(fēng)井水泥砂漿變電所

        姜 明

        (陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司一號煤礦, 陜西 黃陵 727307)

        1 概況

        陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司一號煤礦位于陜西省黃陵縣城西北約25km處,距店頭鎮(zhèn)1.5km。井田走向長12~24km,傾斜寬11~16km,面積約197km2,礦井四號風(fēng)井位于工業(yè)場地東北方向約11.5km處。礦井井田地層由老至新依次有上三迭統(tǒng)延長組、下侏羅統(tǒng)富縣組、下侏羅統(tǒng)延安組、中侏羅統(tǒng)直羅組、上侏羅統(tǒng)安定組、下白堊統(tǒng)六盤山群,第三系及第四系。2#煤層及3#煤層均位于延安組中下部,其中2#煤層平均厚度2.02m,全井田分布,為主要可采煤層,3#煤層部分分部,無開采價值。2#煤層底板為泥巖及泥質(zhì)粉砂巖,局部遇水膨脹,易底鼓[1]。

        四號風(fēng)井井底變電所設(shè)計服務(wù)年限為25年,采用炮掘施工。主體巷道采用鋼筋網(wǎng)+錨桿+錨索+噴砼+鋼筋混凝土聯(lián)合支護,全斷面掛Φ6mm鋼筋網(wǎng),網(wǎng)孔50×50mm,錨桿規(guī)格為Φ20×2500mm,間排距均為800×800mm,菱形布置,每孔3節(jié)MSK2335型樹脂;錨索鋼絞線規(guī)格為Φ17.8×8300mm,間排距1200×1200mm,一排五索,每孔3節(jié)MSK2370型樹脂;底板加固采用混凝土支護方式,砼強度C25。原變電所原底板加固斷面圖如圖1。

        圖1 原變電所原底板加固方案斷面圖

        2 變電所底板加固方案優(yōu)化

        2.1 底板加固方案

        考慮到底板加固采用砼支護的方式為被動支護,為保證井底變電所使用安全及服務(wù)年限,優(yōu)化井底變電所底板加固方案,確定采用錨桿+錨索+混凝土聯(lián)合加固方式的方案。錨桿規(guī)格為Φ20×2500mm,間排距為800×800mm,菱形布置,巷道兩底角錨桿角度為75°,錨固采用水泥砂漿全錨,水泥砂漿配合比為水∶水泥=2:1(體積比);錨索梁長度3.6m,采用16#槽鋼加工,排距1.6m,一梁三索,錨索鋼絞線規(guī)格為Φ17.8×8300mm,錨固采用水泥砂漿全錨,水泥砂漿配合比為水∶水泥=2:1(體積比);加固完成后巷道中部澆筑C25砼地坪,厚度300mm,主體巷道支護參數(shù)不變。變電所底板加固優(yōu)化方案斷面圖如圖2。

        圖2 變電所底板加固優(yōu)化方案斷面圖

        2.2 錨索梁加工

        錨索梁采用16#槽鋼加工,排距1.6m,一梁三索,錨索梁在長寬面中部鉆矩形孔,鉆孔規(guī)格為100mm×20mm,鉆孔處用10mm×150mm×130mm鋼托板在槽鋼內(nèi)焊接加固,錨索梁加工圖如圖3所示。錨索采用Φ17.8×8300mm,錨固采用水泥砂漿全錨,水泥砂漿配合比為水:水泥=2:1(體積比)。

        圖3 錨索梁加工圖

        2.3 錨索長度及錨固長度校核

        懸吊作用理論認(rèn)為錨索是將下部不穩(wěn)定巖層懸掛在上部穩(wěn)定巖層之下,限制不穩(wěn)定巖層的位移。同時,因為錨索能施加較大的預(yù)緊力,可擠壓和密實巖層中層理、節(jié)理裂隙等不連續(xù)面,增加不連續(xù)面支架的摩擦力,從而提高圍巖的整體強度。底板加固采用錨索支護雖然與上述理論方向相反,但是原理相同,以下將據(jù)此校核。

        錨索長度:L=La+Lb+Lc+Ld

        式中:

        L-錨索總長度,m;

        La-錨固深入到穩(wěn)定巖層的錨固長度,m;

        式中:

        K-安全系數(shù),一般取2;

        d1-錨索鋼絞線直徑,mm,取17.8mm;

        fa-錨索抗拉強度,取1860N/mm2(根據(jù)17.8mm鋼絞線檢測報告取值);

        fc-錨索與錨固劑的粘合強度,一般取10N/mm2;

        La≥1.7m

        Lb-需被懸吊的不穩(wěn)定巖層厚度,m,取2.2m(根據(jù)四號風(fēng)井近井鉆孔圖所示);

        Lc-錨索鋼托板及錨具厚度,取0.05m;

        Ld-錨索外露張拉長度,取0.25m;

        L≥4.2m

        通過上述計算得出錨索鋼絞線錨固長度取8000m可行,即錨索鋼絞線總長度取8300m可行。

        2.4 錨索間排距校核

        錨索間排距:

        式中:

        N-錨索間排距,m;

        n-錨索排數(shù),取1;

        B-巷道最大底鼓寬度,取巷道凈寬度6.0m;

        H-巷道最大底鼓高度,取2.2m(按不穩(wěn)定巖層厚度考慮);

        γ-巖體容重,取24kN/m3(根據(jù)四號風(fēng)井近井鉆孔圖所示);

        L1-錨桿間、排距,取0.8m;

        F1-錨桿錨固力,取98kN(設(shè)計錨固力);

        F2-錨索極限承載力,取360kN(根據(jù)17.8mm鋼絞線檢測報告取值);

        θ-錨桿與巷道頂板夾角,90°。

        考慮巷道寬度及計算結(jié)果得出錨索間排距為1600mm×1600m可行。

        2.5 每排錨索根數(shù)校核

        每排錨索根數(shù):

        式中:

        n-每排錨索根數(shù);

        T-錨索承載范圍內(nèi)底鼓巖石總重量,t;

        T=KSHγ

        式中:

        K-安全系數(shù),一般取2;

        S-錨索梁承載總面積,m2;

        式中:

        B-巷道凈寬度,取6m;

        b-錨索梁承載寬度,取4m;

        S=12m2

        H-巷道最大底鼓高度,取2.2m;

        γ-巖體容重,取1.5t/m3(根據(jù)四號風(fēng)井近井鉆孔圖所示)。

        T=2×12×2.2×1.5=79.2t

        W—錨索破斷載荷,取360kN;

        n=T/W=79.2/360=0.22

        通過計算結(jié)果得出每排錨索根數(shù)為3根是合理的。

        經(jīng)過上述校核計算,設(shè)計采用錨桿+錨索+混凝土聯(lián)合加固方式的方案可行。

        3 底板加固工藝

        根據(jù)四號風(fēng)井井底變電所施工先后順序,待主體巷道掘進及支護完成后進行底板加固施工。底板加固采用先清理巷道底板,然后進行錨桿+錨索支護,最后進行混凝土澆筑的方式進行加固。

        3.1 錨桿支護

        (1)施工錨桿眼。施工前,嚴(yán)格按照設(shè)計要求采用自噴漆標(biāo)識錨桿眼位,然后采用地錨機施工錨桿眼。錨桿眼深度及角度必須符合設(shè)計要求。錨桿眼施工完成后,必須清理眼內(nèi)巖渣、積水。

        (2)注漿。為錨固錨桿,并封閉錨桿眼位周圍巖體節(jié)理及裂隙,采用注漿泵向錨桿眼內(nèi)注射水泥砂漿,水泥砂漿體積配合比為水∶水泥=2:1。

        (3)安裝錨桿。將錨桿裝入錨桿眼內(nèi),使錨桿頂住眼底,錨桿外端套上拖盤及螺帽。等待眼內(nèi)水泥砂漿初凝后,采用加力扳手緊固錨桿,并采用錨桿拉力計檢測錨桿錨固力是否達到設(shè)計值(錨桿錨固力設(shè)計值為15t)。

        3.2 錨索支護

        (1)施工錨索眼。施工前,嚴(yán)格按照設(shè)計要求采用自噴漆標(biāo)識錨索眼位,然后采用地錨機施工錨索眼。錨索眼深度及角度必須符合設(shè)計要求。錨索眼施工完成后,必須清理眼內(nèi)巖渣、積水。

        (2)注漿。為錨固錨索,并封閉錨索眼位周圍巖體節(jié)理及裂隙,采用注漿泵向錨索眼內(nèi)注射水泥砂漿。水泥砂漿體積配合比為水∶水泥=2∶1。

        (3)安裝錨桿。將錨索裝入錨桿眼內(nèi),使錨索頂住眼底,錨索外端套上錨索梁及鎖具。等待眼內(nèi)水泥砂漿初凝后,采用錨索張拉機具緊固錨桿,并采用錨索拉力計檢測錨索錨固力是否達到設(shè)計值(錨桿錨固力設(shè)計值為23t)。

        4 加固效果對比

        北二避難硐室與四號風(fēng)井井底變電所斷面基本一致,采用的是原四號風(fēng)井井底變電所底板加固方案,即采用混凝土加固方式。測量其底板收斂情況,并與四號風(fēng)井井底變電所的相關(guān)情況進行對比,如表1所示。

        表1 四號風(fēng)井井底變電所與北二避難硐室底板收斂情況對比明細表

        通過對比得出,工程竣工投入使用后,錨桿+錨索+混凝土聯(lián)合加固與單一混凝土加固方式相比,減少了巷道變形量及維護次數(shù),使巷道由原被動支護優(yōu)化為主動支護,巷道底板整體加固效果更加突出,使巷道圍巖保持良好的加固狀態(tài),滿足使用安全及服務(wù)年限的要求。

        5 結(jié)語

        黃陵一號煤礦四號風(fēng)井井底變電所采用錨桿+錨索+混凝土聯(lián)合加固替代單一混凝土加固的方案,減少了巷道變形量,巷道底板整體加固效果更加突出,改善了巷道長期服務(wù)過程中底板因單一混凝土加固而變形的現(xiàn)象,避免和消除了巷道底板失穩(wěn)的不良影響,取得了良好的應(yīng)用效果。該方案可以在服務(wù)年限較長的巷道、硐室底板加固及遇水膨脹、易底鼓、需及時維護的地質(zhì)條件下推廣應(yīng)用。

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