桃園煤礦二水平泵房圍巖錨注加固技術

孔 融 翟佳道 馮國海(淮北礦業(yè)集團公司桃園煤礦 安徽 宿州 234116)

1 泵房概況

桃園煤礦二水平泵房和變電所初始支護均采用高強錨網支護，已有永久支護設計為一次高強錨網支護的基礎上，再采用二次錨網支護和鋼筋混凝土碹作永久支護的聯(lián)合支護方式，作為礦井深部開采水平的核心硐室，其維護狀況好壞對礦井意義重大，但上述硐室掘出不到一年，就產生了變形和破壞；馬頭門采用550mm厚的鋼筋混凝土碹作永久支護的區(qū)域，仍出現裂紋，北側勺山墻開裂嚴重的破壞現象；同時二水平巷道大面積出現底臌等破壞現象。嚴重威脅泵房的正常使用。

2 破壞原因及加固措施

一般造成巷道失穩(wěn)破壞的主要原因有兩個方面:一是巖性,二是支護圍巖關系差。由于施工初期,碹體與圍巖間留下大量空隙,致使碹體受集中載荷,大大降低其承載能力。底臌嚴重是軟巖巷道變形與破壞的重要特征。為了保持泵房的正常使用,須進行臥底維修,但隨之使幫腳內移。加劇了泵房砼碹肩部的大面積幫裂,也在橫梁上產生了很大擠壓力,致使橫梁嚴重彎曲。在集中力和底臌的作用下,軟巖硐室的實際承載能力較低。只有理論承載能力的1/5～2/5。這是軟巖硐室嚴重破壞的主要原因。

根據以上分析,擬采用錨注加固。對于節(jié)理裂隙發(fā)育的軟巖,注漿可改變圍巖的松散結構,提高粘結力和內摩擦角,封閉裂隙阻止水對巖體的侵蝕,使巖體強度顯著提高,從而大大提高圍巖的自承能力。同時巷道圍巖的充填改善了原支護的受力狀況,而且這種方法不影響泵房的正常運營,易于實施,成本低廉。由于泵房圍巖相當破碎,原支護圍巖孔隙、裂隙相當發(fā)育,注漿分淺孔注漿和深孔注漿二步進行。為了防止?jié){液大量泄漏,保證注漿效果,在淺孔注漿前,對幫裂或突出比較嚴重的地段實施噴漿。淺孔注漿的目的是:①充填淺部孔隙、裂隙,改變原支護的受力狀況,使混凝土碹由受集中載荷到受均布載荷。②提高淺部破碎巖體的可鉆性。③有利于增加深孔注漿的加固效果。深孔注漿的主要目的是使圍巖由松散結構變?yōu)檎w結構,使巖體強度顯著提高,從而大大提高圍巖的自承能力。同時大大改善原支護的受力狀況,提高原支護的承載能力。通過錨桿將注漿加固圈與錨帶網索噴組合在一起形成共同承載體系,大幅度提高支護系統(tǒng)對圍巖的阻力。

3 實施效果

3.1 注漿參數測試結果

淺孔注漿共用了110根錨桿,共注了50680kg水泥,平均每孔注46kg,除去注不進漿的錨桿孔,平均每孔注水泥70kg。深孔注漿共用了228根錨桿,共注了53530kg水泥,平均每孔注了237kg。其中注漿量最大的孔注了1000kg水泥。如此大的注漿量說明巖層裂隙相當發(fā)育,平均裂隙率4141～7134%。從漿液擴散情況看,泵房注漿以充填注漿為主,大約占80%,只有20%的漿液滲透到微小裂隙,而且只在深部局部起滲透作用,淺部主要以充填為主。充填大大地改善了原支護巷道的受力狀況。

3.2 圍巖力學性能測試結果

將取出的巖芯在室內進行物理力學性質測定,實驗結果表明,注漿使巷道圍巖物理力學性質得到明顯改善。原巖體破壞前的單軸抗壓強度為1600MPa,彈性模量為3470MPa,抗拉強度為0185MPa,泊松比為0124。錨注后,巷道圍巖由強度很低的破碎巖體膠結在一起,接近于原巖體破壞前的強度。單軸抗壓強度為1518MPa,彈性模量為2483MPa,抗拉強度為0182MPa,泊松比為013。按照我國《工程巖體分級標準》(送審稿),錨注后的巖體質量可提高一個級別。泵房錨注后圍巖由軟弱巖體提高到較軟弱巖體。圍巖的自承能力大大加強。

3.3 巷道周邊位移觀測結果

如圖1-1所示，采用圍巖錨注加固支護技術后，支護效果非常明顯，長達一年的觀測結果表明,與錨注前相比,各個斷面的位移及位移速度明顯減小,變形得到了明顯的控制。錨注前四個多月頂板位移量最大達42mm,位移速度峰值達0129mm/d。兩幫位移量最大達15mm,位移速度峰值為011mm/d。錨注過程中,各個斷面兩幫位移量最大達5mm,位移速度峰值為0122mm/d。但分析可以發(fā)現位移量較大發(fā)生在以下區(qū)域:

圖1-1 泵房圍巖錨注加固支護效果圖

3.3.1 沒有注漿的區(qū)域

3.3.2 整個斷面只部分注漿,注漿停留時間過長

錨注剛結束時,各個斷面的位移明顯減小,兩幫最大位移為2mm,位移速度峰值為0104mm/d。頂板最大位移為2mm,位移速度峰值為0109mm/d。錨注后四個多月進行觀測,沒有發(fā)現明顯位移。

4 結論

由以上測試結果和理論分析說明,錨注加固起到了很好的效果。注漿使巖體強度顯著提高。使圍巖的破碎巖體由被動承載到主動承載,發(fā)揮圍巖的自承能力。通過錨桿將注漿加固圈與原錨帶網索噴支護組合在一起形成共同承載體系,從而大大提高原支護對軟巖的支護效果。同時注漿還起隔水防止風化的作用,從根本上改善了軟巖硐室的支護面貌。

成功解決了桃園礦二水平埋深850m深井大斷面軟巖硐室支護難題，且巷道支護狀況良好，保證了桃園礦二水平深部開采水平的正常開拓。泵房、變電所是二水平深部開采的核心硐室，通過采用圍巖錨注加固技術，能長期有效控制巷道圍巖有害變形，為變電所和泵房內部基礎設施和設備正常工作提供安全、可靠的井下環(huán)境，保障了桃園二水平深井正常、安全和高效開采。

桃園礦二水平深井大斷面硐室支護采用圍巖錨注加固技術，取得了顯著的經濟效益，并在桃園礦二水平得到了推廣應用，為解決該礦深井軟巖巷道的支護難題提供了一條有效途徑。

［1］柏建彪，侯朝炯，杜木民，等.復合頂板極軟煤層巷道錨桿支護技術研究[J].巖石力學與工程學報,2001.

［2］李明遠，王連國，易恭猷，等.軟巖巷道錨注支護理論與實踐[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2001.