溫 磊

(山西焦煤汾西礦業(yè) 正城煤業(yè),山西 孝義 032300)

隨著礦井機(jī)械化程度不斷提高,井下巷道及硐室斷面不斷增大,深部開采時(shí)軟巖硐室容易出現(xiàn)圍巖變形量大、支護(hù)難度高等問題[1-2]。現(xiàn)階段錨網(wǎng)索是最為常用的圍巖支護(hù)技術(shù)手段,在軟巖硐室圍巖支護(hù)中應(yīng)用時(shí),受到錨桿索錨固力小于設(shè)計(jì)值、錨固端不穩(wěn)定或者圍巖蠕變等多因素影響,導(dǎo)致采用的支護(hù)手段無法達(dá)到預(yù)期效果[3-5]。眾多的學(xué)者及現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)深部軟巖硐室圍巖支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了研究,其中,王炯等[6]對(duì)深部開采硐室群開挖順序和圍巖破壞影響進(jìn)行分析,并提出前期采用錨網(wǎng)+注漿錨索+噴漿方式進(jìn)行支護(hù),后期通過鋼筋混凝土砌碹強(qiáng)化護(hù)表強(qiáng)度,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后硐室圍巖變形得以控制;衛(wèi)強(qiáng)強(qiáng)[7]對(duì)騰暉礦-900 m水泵房圍巖變形原因進(jìn)行分析,并提出協(xié)同錨固支護(hù)方案,通過底板、兩幫以及頂板強(qiáng)化加固,后對(duì)硐室表面噴射混凝土加固,支護(hù)完成3個(gè)月后,水泵房圍巖變形基本不再增加,圍巖變形得到較好控制;黃鑫等[8]對(duì)張集礦水泵房圍巖物理性質(zhì)進(jìn)行分析,提出采用U型鋼支護(hù)圍巖并在凹槽內(nèi)間隔500 mm焊接補(bǔ)強(qiáng)板、填充混凝土提高支護(hù)強(qiáng)度。上述研究成果為深部開采軟巖硐室圍巖控制提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒,某礦水泵房由于埋深較深、硐室圍巖為軟巖,導(dǎo)致硐室圍巖變形量偏大,為此結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況提出采用噴、錨、注方式聯(lián)合加固圍巖,實(shí)現(xiàn)了對(duì)深部開采軟巖硐室圍巖變形的有效控制。

1 工程概況

山西某礦采用斜井+平硐開拓方式,現(xiàn)階段礦井生產(chǎn)持續(xù)時(shí)間已超過50 a,生產(chǎn)主要集中在深部的11號(hào)、13號(hào)等煤層。礦井井田所在區(qū)域水文地質(zhì)條件中等-復(fù)雜,主要涌水水源為11號(hào)、13號(hào)煤層頂板裂隙水含水層。井下+350 m水平水泵房位于13號(hào)煤層底板25 m位置,埋深超過680 m,水泵房內(nèi)有8臺(tái)PJ200B×9型排水泵,揚(yáng)程為790.5 m、流量為420 m3/h,水泵用YB710S2-電機(jī)啟動(dòng),水泵房鋪設(shè)有1趟Φ325 mm×16 mm、3趟Φ426 mm×20 mm的排水管路。

+350 m水平水泵房圍巖為泥巖、砂質(zhì)泥巖,遇水容易出現(xiàn)膨脹變形,圍巖原采用長短錨桿、錨索、鋼帶支護(hù)方式,由于硐室圍巖為軟巖且所在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較為發(fā)育,隨著使用時(shí)間增加,水泵房圍巖變形量不斷增加,出現(xiàn)底鼓、片幫等問題,給硐室正常使用帶來影響。

2 深部軟巖硐室聯(lián)合加固技術(shù)

水泵房硐室埋深較大、圍巖為軟巖且所在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育,導(dǎo)致硐室圍巖變形量隨著使用時(shí)間而增大。提高圍巖自身承載、充分發(fā)揮支護(hù)體系圍巖控制效果是實(shí)現(xiàn)軟巖硐室圍巖變形控制的關(guān)鍵。為此,結(jié)合水泵房所在區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件,提出采用噴、錨、注聯(lián)合加固技術(shù)控制硐室圍巖變形,具體支護(hù)方案為噴漿+錨固+壁后注漿。

2.1 噴漿及錨固支護(hù)

將水泵房硐室刷擴(kuò)至設(shè)計(jì)斷面后,進(jìn)行初次噴漿,噴射厚度為50 mm,材料為P.O42.5普通硅酸鹽水泥、砂子、石子(粒徑20 mm以內(nèi))混合物,m(水泥)∶m(砂子)∶m(石子)=1∶2∶2;隨后采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)進(jìn)行支護(hù),具體采用的錨桿為規(guī)格Φ22 mm×2 400 mm螺紋鋼錨桿,布置間排距為700 mm×700 mm,一排布置10根;錨索為規(guī)格Φ21.6 mm×8 000 mm的恒指讓壓錨索,布置間排距為1 400 mm×1 400 mm,一排布置5根,錨索與錨桿錯(cuò)開350 mm布置,具體刷擴(kuò)后水泵房支護(hù)斷面見圖1.

圖1 刷擴(kuò)后水泵房支護(hù)斷面圖(單位:mm)

在支護(hù)完成后,對(duì)硐室表面進(jìn)行復(fù)噴,噴射厚度為50 mm;在復(fù)噴完成5～7 d后進(jìn)行再次噴漿,噴射厚度為50 mm.通過多次噴漿實(shí)現(xiàn)硐室表面覆蓋,減少水、空氣等對(duì)軟巖弱化作用并給硐室足夠的護(hù)表強(qiáng)度。

2.2 壁后注漿加固

在噴漿完成后,為提高軟巖承載能力及強(qiáng)度,減少硐室表面位移量,采用壁后注漿方式加固圍巖。具體壁后注漿加固鉆孔布置見圖2.在水泵房整個(gè)斷面布置7根中空注漿錨桿,間排距為1 000 mm×1 000 mm,其中下部的兩根中空注漿錨桿均有45°外插角,其余的中空注漿錨桿均垂直布置。

圖2 壁后注漿加固鉆孔布置示意(單位:mm)

采用的中空注漿錨桿外徑為25 mm、長度為3 000 mm,在注漿錨桿端尾至端頭500 mm范圍內(nèi),按照200 mm間隔Φ8 mm的泄?jié){孔,具體中空注漿錨桿結(jié)構(gòu)見圖3.中空注漿錨桿施工順序?yàn)?硐室表面噴漿—按照設(shè)計(jì)位置施工注漿鉆孔—布置中空注漿錨桿及止?jié){塞—錨桿注漿—安裝托盤。在硐室壁后注漿期間使用的主要設(shè)備包括有NBB250/6型泥漿泵、泥漿攪拌設(shè)備等,注漿材料選用普通水泥漿,水泥為P.O52.5普通硅酸鹽水泥,漿液水灰比控制在0.6～1∶1.注漿壓力依據(jù)硐室埋深、圍巖巖性以及裂隙擴(kuò)展情況以及鄰近其他巷道注漿效果等確定,具體確定的注漿終壓為3.5～5.0 MPa.注漿通過間歇式、連續(xù)注漿相結(jié)合方式,若注漿出現(xiàn)進(jìn)漿量大、漏漿等情況時(shí),采用間歇式注漿方式;否則采用連續(xù)注漿方式。注漿按照由下到上順序進(jìn)行。

圖3 中空注漿錨桿結(jié)構(gòu)(單位:mm)

2.3 聯(lián)合加固效果

為驗(yàn)證水泵房采用的噴漿+錨固+壁后注漿聯(lián)合加固技術(shù)應(yīng)用效果,在加固后的硐室布置測(cè)點(diǎn)對(duì)圍巖變形量進(jìn)行持續(xù)跟蹤,具體監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖4.

圖4 加固后硐室圍巖變形監(jiān)測(cè)結(jié)果

從圖4(a)中看出,硐室加固完成40 d內(nèi)頂?shù)装遄冃瘟吭黾铀俣容^快,加固完成40 d后頂?shù)装遄冃瘟吭黾铀俣让黠@降低,加固完成180 d后頂?shù)装遄冃位沮呌诜€(wěn)定,其中頂板、底板最大變形量分別為33.2 mm、22.6 mm;從圖4(b)看出,加固后的硐室兩幫變形量增加速度也呈現(xiàn)前期快速增加,后期逐漸趨穩(wěn)趨勢(shì),加固完成180 d后巷幫變形量已基本穩(wěn)定,其中左幫、右?guī)妥畲笞冃瘟糠謩e為23. 5 mm、26. 4 mm.圍巖變形監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,對(duì)水泵房采用聯(lián)合加固技術(shù)后,頂?shù)装?、兩幫最大變形量分別控制在55.8 mm、49.9 mm,圍巖變形量均較小,實(shí)現(xiàn)了深部軟巖硐室圍巖變形有效控制。

3 結(jié) 語

1) 礦井水泵房原采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式,硐室受埋深大、圍巖松軟以及附近地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育等各因素影響在使用期間圍巖變形量較大,無法滿足使用需要。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件,提出采用噴漿+錨固+壁后注漿聯(lián)合加固技術(shù)控制硐室圍巖變形量。

2) 水泵房圍巖通過布置密集錨桿、錨索可實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度支護(hù);通過多次噴漿可覆蓋硐室表面裂隙、及時(shí)封閉硐室圍巖,減少空氣、水等硐室圍巖影響并給硐室圍巖施加較大的護(hù)表強(qiáng)度;通過壁后注漿可改善淺部軟巖性質(zhì),提高軟巖自身承載能力及穩(wěn)定,有助于減少后期硐室圍巖變形量。

3) 水泵房進(jìn)行聯(lián)合加固后,圍巖變形量大、持續(xù)變形等問題得以較好解決,支護(hù)完成180 d后頂?shù)装?、巷幫最大變形量分別控制在55.8 mm、49.9 mm以內(nèi)。