破碎圍巖下大斷面運輸巷過空巷支護技術(shù)

蘇國強

（西山煤電股份公司 馬蘭礦，山西 古交 030205）

西山煤電股份公司馬蘭礦生產(chǎn)逐漸向南翼延伸，面臨著礦井輔助運輸距離增大、軌道運輸環(huán)節(jié)多，人員出入井距離長等問題。無軌運輸系統(tǒng)簡單，運輸高效，適應(yīng)性強，能夠較好的解決該礦當(dāng)前面臨的運輸問題。該礦計劃首先在南一下組煤采區(qū)實現(xiàn)無軌膠輪車運輸，然后通過施工直通地面的運輸通道實現(xiàn)全礦井無軌化。全部工程分兩期進行，第一期工程：通過施工有軌無軌換裝硐室、存車硐室、車輛檢修硐室、車輛運輸繞道、油脂硐室，對原軌道運輸巷道進行加寬加高，硬化底板、加大曲率半徑等，實現(xiàn)南一下組煤采區(qū)無軌膠輪車運輸。第二期工程：從地面工業(yè)廣場施工運輸通道直達南一下組煤石門和910水平大巷，最終實現(xiàn)從地面至井下采掘工作面不經(jīng)轉(zhuǎn)換的直接無軌運輸。

目前，南一下組煤軌道下山在擴幫的過程中，于里程120m處從910水平大巷底部穿過。交叉段面臨著巷道斷面大、層間距小、圍巖條件差以及受動壓影響等支護困難。因此，該礦需要研究新的支護方式，確保礦井安全順利生產(chǎn)。

1 影響交叉點支護的因素

1.1 地質(zhì)因素

南一下組煤軌道下山與910水平大巷交叉點處層間距僅為4.0m，直接頂為1.85m厚的泥灰?guī)r，其余為3.15m厚的細(xì)砂巖。目前，交叉點前后60m范圍內(nèi)，頂板破碎、兩幫擠壓變形。

1.2 跨度

南一下組煤軌道下山擴幫后巷道凈寬5.5m，910水平大巷現(xiàn)凈寬4.8m，交叉點跨度比較大。

1.3 動壓影響

交叉點處巷道布置密集，立體交叉巷道較多，巖體原始結(jié)構(gòu)破壞，再加上鄰近18301工作面回采后，準(zhǔn)備巷道還需受一次動壓影響。

910南大巷將作為無軌膠輪車運輸巷。目前，該礦最大的無軌膠輪車是WC40Y支架搬運車，該車自重26t，再加上8#煤所用的支架多為33t重的ZY8000／26／56型液壓支架，二者總重量最大可達60t.

2 優(yōu)化支護設(shè)計方案

交叉點原支護方式為錨桿架棚支護，現(xiàn)在已經(jīng)無法滿足支護需要。因此，該礦采用了“預(yù)注漿+預(yù)埋混凝土梁+打底板錨桿、錨索+可縮性工字鋼”聯(lián)合支護的方法。

2.1 注漿

對交叉點前后頂板和兩幫破碎帶進行注漿。注漿可以將黏結(jié)劑充填于頂板和兩幫巖體的裂隙和各種弱面內(nèi)，使之成為一個整體，改善圍巖的力學(xué)性能，提高巖石的穩(wěn)定性。

2.2 鋪設(shè)預(yù)制混凝土梁和做人工假底

考慮到交叉點上部還要加載60t重的負(fù)荷，單純依靠錨桿、錨索和架工字鋼棚，就目前的施工條件來說，都無法保證交叉點的工程安全。因此，該礦采用在910水平大巷交叉點處縱向鋪設(shè)2道混凝土梁，將上部額外負(fù)荷通過梁傳導(dǎo)到兩邊實體煤柱上，這樣可減少交叉點的頂板壓力?；炷亮菏┕D見圖1.

圖1 混凝土梁施工圖

若單純依靠梁來承擔(dān)上部額外負(fù)荷，梁的橫截面積會很大，不僅給施工帶來不便，也造成了浪費。因此，該礦在混凝土梁上施工了1層500mm厚人工假底。人工假底可將集中載荷轉(zhuǎn)化為分布載荷，將一部分力分擔(dān)到圍巖上，利用圍巖的自承力，減小混凝土梁的受力。具體參數(shù)確定如下：

1）混凝土梁長度確定。

式中：L—混凝土梁長度，m；

φ—巖體的內(nèi)摩擦角，（°），取45；

a—南一下組煤軌道下山巷寬，m，取5.5；

h—南一下組煤軌道下山巷高，m，取3.5.

計算得：L≥8.4m，取L=11.0m.

2）混凝土梁截面尺寸、配筋率確定。

a）根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，確定混凝土梁參數(shù)。

結(jié)構(gòu)安全等級：1級

混凝土強度等級：C35

混凝土軸心抗壓強度：fc=16.7N／mm2

混凝土軸心抗拉強度：ft=1.57N／mm2

正截面混凝土極限壓應(yīng)變：ξc=0.0033

鋼筋強度等級：HPB235縱筋

抗拉強度：fy=235MPa

彈性模量：E=2.1×105N／mm2

彎矩設(shè)計值：混凝土受力分析時忽略圍巖的作用力，按照梁承受的最大力考慮。無軌膠輪車軸距為7.5m，巷道跨度為5.5m，當(dāng)前輪位于梁的中心時，梁的彎矩最大?；炷亮菏芰κ疽鈭D見圖2.

圖2 混凝土梁受力示意圖

矩形截面高度：混凝土梁高跨比一般為h／L=1／12～1／8，取1000mm.

矩形截面寬度：混凝土梁寬高比為1／2.5～1／2，取500mm.

鋼筋合力點至截面近邊的距離：50mm.

b）截面設(shè)計與截面復(fù)核。

截面受壓區(qū)高度：

求縱向受壓鋼筋面積As：

配筋率驗算：

規(guī)范要求最小配筋率ρmin=（0.2%，45×ft／fy%）=0.3%

按As=Pminbh=1500mm2配筋

最終確定，混凝土梁長×寬×高=11000mm×500mm×1000mm，混凝土標(biāo)號C35，采用單層鋼筋，配筋率不得小于1500mm2.兩道混凝土梁間距3500 mm（WC40Y支架搬運車車輪間距），鋼筋混凝土縱梁通過鉸接梁與預(yù)埋在混凝土梁中的鋼板焊接形成一個整體。

3）施工底板錨索、錨桿。

施工底板錨索、錨桿，對下部巖體進行懸吊，還可以對下部巖體形成擠壓加固作用，防止巖體離層和破碎，增強圍巖的穩(wěn)定性。

4）交叉點下部采用架棚支護。棚梁為11#可縮性工字鋼，棚距500mm.

交叉點周圍巷道密集，上部經(jīng)常有膠輪車通過，而且鄰近18301工作面正在回采，容易受到動壓影響?？煽s性工字鋼棚允許頂板有一定程度的變形量，利用圍巖自身的穩(wěn)定性，削弱了動壓的影響。

3 結(jié) 論

根據(jù)馬蘭礦南一下組煤軌道下山與910水平大巷交叉點的支護經(jīng)驗，分析了礦井在應(yīng)對破碎圍巖下大斷面運輸巷過空巷時的支護技術(shù)。根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用效果，可以得出如下結(jié)論。

1）對破碎圍巖注漿，有效地改善了圍巖的結(jié)構(gòu)，提高了圍巖自承力。

2）采用鋼筋混凝土梁，可將荷載轉(zhuǎn)化到兩幫實體煤上，減輕了頂板的壓力。即使頂板垮落，漏通以后也不影響礦井正常運輸。

3）采用可縮性工字鋼棚與錨桿錨索有機結(jié)合的方式進行支護，有效地控制了破碎圍巖的變形，避免了巷道多次返修，保證了礦井的安全和連續(xù)生產(chǎn)，社會經(jīng)濟效益明顯。

4）910水平大巷底板（穿越位置）順向鋪設(shè)2根11m長預(yù)制鋼筋混凝土梁，支護強度大，施工周期短，減少了對礦井運輸時間的影響。

采用“注漿+混凝土梁+底板錨桿、錨索+可縮性工字鋼棚”的方法可有效解決破碎圍巖下大斷面運輸巷過空巷施工、維護等難題，效果顯著。對該類巷道的支護具有很強的指導(dǎo)意義。

［1］ 張永成.注漿技術(shù)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2012：65-66.

［2］ 蔡美峰.巖石力學(xué)與工程［M］.北京：科學(xué)出版社，2012：3-4.

［3］ 張國立，何國緯，李 鐸.采礦工程設(shè)計手冊［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1997：1201-1202.

［4］ 錢鳴高.礦山壓力及其控制［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1997：141-145.

［5］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010：7-8.