馬登林

（冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司 大淑村礦，河北 邯鄲056300）

0 引 言

目前我國(guó)治理巷道軟巖底板變形主要通過單一的澆筑混凝土、注漿或打設(shè)底錨索來增加底板的承壓能力，巷道受到較大沖擊時(shí)，底板仍緩慢發(fā)生變形，不能從根本上解決這一問題。大淑村礦在三采區(qū)上部變電所底板采用混凝土+U鋼底梁+柔性錨索+鋼筋骨架+底板深層注漿為一體的抗沖擊人工堅(jiān)固假底。首先通過對(duì)底板深部巖層進(jìn)行注漿，人為地改善了深部松軟破碎巖體的物理力學(xué)性能，對(duì)深部巖層進(jìn)行加固和封堵圍巖裂隙，提高了深部巖層自身的強(qiáng)度和抗壓能力。注漿完成后采用柔性錨索對(duì)底板深部巖層進(jìn)行主動(dòng)加固，增加巖層間的摩擦力，將深部巖層各薄層組合成一個(gè)較厚的錨固層，共同承載，增加了其抗彎、抗剪能力。最后通過和U鋼底梁+金屬骨架+混凝土鋪設(shè)的被動(dòng)支護(hù)相聯(lián)合，可以承受較大的抗沖擊力，防止底板變形的產(chǎn)生。高應(yīng)力集中區(qū)超軟底板加固技術(shù)在三采區(qū)上部變電所應(yīng)用效果良好，解決了軟巖底板受高應(yīng)力沖擊、巷道底鼓速度快從而影響安全生產(chǎn)的難題，具有推廣意義。

1 概 況

大淑村礦井井田位于峰峰煤田東北部，地處河北省武安市、磁縣和邯鄲市峰峰礦區(qū)接壤地帶。北部與南部分別以F1和F14正斷層構(gòu)成井田的自然邊界，西南與大社礦相鄰，東南與新屯礦相鄰，東西分別以人為邊界為界，開采深度+250.6—-800 m標(biāo)高，面積9.75 km2。

大淑村礦于1994年開工建設(shè)，2003年底建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90萬t，經(jīng)過技術(shù)改造后，2020年邯安辦【2020】52號(hào)文核定生產(chǎn)能力為150萬t/a。

礦井采用立井單水平開拓、上下山開采方式，中央邊界式、抽出式通風(fēng)，水平大巷高程-450 m。礦井工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)建有主井、副井、風(fēng)井3個(gè)井筒，主、副井位于井田中央，回風(fēng)井位于井田南側(cè)。

目前該礦共有6個(gè)采區(qū)，目前西翼二采區(qū)已封閉，東翼一采區(qū)已經(jīng)回采完畢。東翼生產(chǎn)采區(qū)為三采區(qū)和四采區(qū)，準(zhǔn)備采區(qū)為五采區(qū)、六采區(qū)。

大淑村礦三采區(qū)上部變電所所處地層為二疊系山西組及石炭系太原組地層。位于2號(hào)煤層底板19 m左右，處于172102、172103、172102里工作面交集處，上段位于172102里工作面采空區(qū)下部，中段穿過三個(gè)工作面之間的孤島煤柱，下段位于172103工作面采空區(qū)下部，巷道處于高應(yīng)力集中區(qū)，且巷道底板為7 m左右厚的泥質(zhì)粉砂巖，節(jié)理發(fā)育。

三采區(qū)變電所巷道施工一周后，底板已鼓起600～700 mm。考慮巷道作為三采區(qū)上部變電所長(zhǎng)期使用，巷道底板快速變形已不能滿足使用需求，且如安裝電氣設(shè)備后，受巷道底鼓影響，可能造成電氣設(shè)備損壞，引起安全事故。

2 巷道底板變形原因分析

（1）巷道底板為7 m左右厚的泥質(zhì)粉砂巖，節(jié)理發(fā)育，并受底板水侵蝕，底板承壓能力特別弱，受到較大應(yīng)力，快速鼓起。

（2）位于172102、172103、172102里工作面交集處，并穿過3個(gè)工作面之間的孤島煤柱，受采動(dòng)影響，高應(yīng)力集中，對(duì)巷道沖擊極大，巷道底板發(fā)生變形。

圖1 三采區(qū)變電所巷道布置Fig.1 Roadway layout of substation in No.3 Mining Area

3 設(shè)計(jì)方案

在三采區(qū)上部變電所底板采用混凝土+U鋼底梁+柔性錨索+鋼筋骨架+底板深層注漿為一體的抗沖擊人工堅(jiān)固假底。首先深層注漿人為地改善了深部松軟破碎巖體的物理力學(xué)性能，有機(jī)彈性體在破碎煤巖體內(nèi)膨脹、滲透、充滿整個(gè)裂隙面形成網(wǎng)絡(luò)骨架，起到補(bǔ)強(qiáng)加固作用、充填密實(shí)作用。注漿完成后打設(shè)柔性錨索，對(duì)底板進(jìn)主動(dòng)加固，最后通過和U鋼底梁+金屬骨架+混凝土鋪設(shè)的被動(dòng)支護(hù)相聯(lián)合，可以承受較大的抗沖擊力，防止底板變形的產(chǎn)生。在試驗(yàn)中，采用的調(diào)查取樣方法。主要通過設(shè)置測(cè)點(diǎn)，來監(jiān)測(cè)巷道的底板變形情況。

最后將數(shù)據(jù)收集，觀測(cè)其在規(guī)定時(shí)間內(nèi)巷道底板的最大變形量，如最大變形量在巷道設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)（變形量＜100 mm），則表明試驗(yàn)成功。

4 實(shí)驗(yàn)的過程與結(jié)果

4.1 項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

（1）將軟巖挖出。在巷道底板挖設(shè)1條長(zhǎng)100 m、寬度5.2 m（巷寬4.6 m，兩側(cè)各超出底板不小于300 mm）、深1.6 m的底槽。

（2）采用注漿管對(duì)深部巖層進(jìn)行注漿。設(shè)計(jì)注漿孔間排距1.5 m×1.5 m，注漿孔垂直于巷道底板打設(shè)。每排布置注漿孔4個(gè)，孔深3 m，孔徑φ=42 mm，注漿管長(zhǎng)2 000 mm，注漿管采用直徑1.2吋（30 mm）鋼管制作，外端套絲50 mm為連接絲扣。擋環(huán)里側(cè)600 mm開始為6 mm的圓孔，每圈4個(gè)，便于滲漿，圓孔與圓孔間距為150 mm。注漿采用水泥漿，水灰比（0.7～1）∶1，選用P32.5R普通硅酸鹽水泥，注漿壓力為3～4 MPa。一個(gè)孔必須一次完成注漿工作，嚴(yán)禁中途停止。現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際注漿效果，適當(dāng)調(diào)整注漿孔角度和注漿量。

（3）打設(shè)錨索、下U鋼底梁。在挖好的底槽內(nèi)鋪設(shè)底鋼梁，鋼梁型號(hào)為U36鋼，鋼梁棚距1.0 m。鋼梁采用直徑21.8 mm、長(zhǎng)度5 m鋼絞線固定在巷道底板上，每條鋼梁上打設(shè)4條錨索，錨索每孔注1支CK2345和2支K2345型樹脂錨固劑，錨固力不小于200 kN，預(yù)緊力不小于150 kN。

（4）架設(shè)鋼筋骨架。利用廢舊錨桿和鋼筋網(wǎng)打設(shè)鋼筋骨架，廢舊錨桿垂直立于底板上，錨桿間排距1.0 m×1.0 m，金屬網(wǎng)每各0.5 m鋪設(shè)1層，金屬網(wǎng)和廢舊錨桿用鐵絲連接牢固。

（5）澆筑混凝土。澆筑混凝土強(qiáng)度為C30，水泥、沙子、石子比例為1∶1.1∶2.7，水泥標(biāo)號(hào)325號(hào)礦渣硅酸鹽水泥，石子粒徑為20 mm左右，混凝土必須攪拌均勻。

4.2 高應(yīng)力集中區(qū)超軟底板加固技術(shù)效果檢驗(yàn)

對(duì)三采區(qū)上部變電所分四個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了巷道底板變形的測(cè)試，每個(gè)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)底板變形量見表1。巷道底板底槽深度如圖2所示，底板注漿如圖3所示，底板柔性錨索配U鋼加固如圖4所示。

圖2 巷道底板底槽深度示意Fig.2 Depth of roadway floor bottom groove

圖3 底板注漿示意Fig.3 Floor grouting

圖4 底板柔性錨索配U鋼加固Fig.4 Floor flexible anchor cable reinforced with Usteel

表1 拱型巷道底板變形監(jiān)測(cè)Table 1 Monitoring of floor deformation of arch roadway

從測(cè)試數(shù)據(jù)可知，巷道底板平均變形量為20 mm，巷道底板變形量在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，底板無開裂，應(yīng)用效果良好。

5 結(jié) 論

（1）通過對(duì)底板深部巖層進(jìn)行注漿，人為地改善了深部松軟破碎巖體的物理力學(xué)性能，對(duì)深部巖層進(jìn)行加固和封堵圍巖裂隙，提高了深部巖層自身的強(qiáng)度和抗壓能力。

（2）采用柔性錨索對(duì)底板深部巖層進(jìn)行主動(dòng)加固，增加巖層間的摩擦力，將深部巖層各薄層組合成一個(gè)較厚的錨固層，共同承載，增加了其抗彎、抗剪能力。

（3）將底板軟巖置換為混凝土+U鋼底梁+鋼筋骨架為一體的抗沖擊人工堅(jiān)固假底，增強(qiáng)了其抗沖能力。

（4）打設(shè)柔性錨索對(duì)底板進(jìn)主動(dòng)加固，和通過U鋼底梁+金屬骨架+混凝土鋪設(shè)的被動(dòng)支護(hù)相聯(lián)合，防止底板變形的產(chǎn)生。

（5）底板注漿和混凝土澆筑聯(lián)合布置，形成穩(wěn)定的隔水層，阻止了地板水對(duì)底板的侵蝕破壞。