大斷面硐室底板錨網(wǎng)索施工配套設(shè)備及工藝優(yōu)化

張志強(qiáng)

(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán) 臨汾公司，山西　臨汾　041200)

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大斷面硐室底板錨網(wǎng)索施工配套設(shè)備及工藝優(yōu)化

張志強(qiáng)

(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán) 臨汾公司，山西臨汾041200)

摘要煤礦大斷面硐室底板需要布置機(jī)電設(shè)備，因此，對(duì)底鼓量要求苛刻。經(jīng)過(guò)綜合比較，決定采用全長(zhǎng)錨固注漿錨網(wǎng)索加固底板。由于硐室高度致使鉆機(jī)無(wú)法支撐頂板進(jìn)行施工，針對(duì)具體情況分別采用加工長(zhǎng)滑架和底架的配套方式，解決了大斷面硐室鉆機(jī)施工的難題，并通過(guò)工藝調(diào)整保障了富水條件下底板錨索錨固力。

關(guān)鍵詞大斷面硐室；錨網(wǎng)索；全長(zhǎng)錨固；底架

隨著礦井機(jī)械化開采程度的不斷提高，大型機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，井下巷道和硐室的斷面也越來(lái)越大，常常出現(xiàn)機(jī)電設(shè)備硐室底板底鼓，而影響設(shè)備基礎(chǔ)的穩(wěn)定。某礦Ⅱ61下采區(qū)作為礦井-600 m水平以下的首采區(qū)，巷道平均埋深接近700 m. 在Ⅱ61下采區(qū)軌道下山掘進(jìn)過(guò)程中，采用淺部開采水平常規(guī)方式支護(hù)后，巷道變形難以有效控制，并呈現(xiàn)初期加速變形、長(zhǎng)期流變難以穩(wěn)定和受工程擾動(dòng)明顯的特點(diǎn)，巷道斷面嚴(yán)重收縮已難以保障正常的通風(fēng)及運(yùn)輸。對(duì)于斷面更大、條件要求更高的機(jī)電設(shè)備硐室也面臨著相同問(wèn)題。由于硐室與一般巷道相比具有斷面大且使用條件要求苛刻、長(zhǎng)度短且變化多、周圍巷道布置密集等特點(diǎn)，因此，深部硐室相比于普通巷道圍巖控制難度更大，以Ⅱ61下采區(qū)絞車房為例，具體表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

1) 硐室內(nèi)機(jī)電設(shè)備的布置具有特殊性，而硐室斷面形狀復(fù)雜多變，致使硐室圍巖應(yīng)力環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，而且硐室高度、跨度普遍較大，施工工藝相對(duì)復(fù)雜，常用的臺(tái)階施工方法在施工過(guò)程中施工擾動(dòng)更是加大了硐室的支護(hù)難度。

2) 對(duì)于絞車房這類的特殊硐室，由于需要開挖基礎(chǔ)并在底板布置機(jī)電設(shè)備，一旦硐室底板出現(xiàn)不均勻隆起，將導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至釀成重大事故，因此，此類硐室對(duì)底板底鼓量的要求十分苛刻。但是對(duì)于此類大斷面硐室底板錨索施工，該礦并無(wú)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，需要經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)踐以解決大斷面硐室底板錨索施工問(wèn)題。

1工程概況

軌道下山絞車房是采區(qū)安全生產(chǎn)的主要硐室，硐室按3.6 m小斷面掘出后已完成一次支護(hù)，支護(hù)方式為錨網(wǎng)噴支護(hù)，因硐室圍巖條件較差及一次支護(hù)強(qiáng)度較低等因素影響，在高地應(yīng)力作用下硐室圍巖已發(fā)生局部變形破壞。目前，需要在小斷面基礎(chǔ)上分兩段刷大斷面后，安裝設(shè)備。絞車房埋深約620 m，若上覆巖層平均容重按2 500 kg/m3考慮，則理論上巷道垂直應(yīng)力在15.5 MPa左右，若應(yīng)力集中系數(shù)按2～3考慮，則斷層構(gòu)造帶巷道垂直應(yīng)力將達(dá)到31～46 MPa.

2底板錨索支護(hù)參數(shù)

絞車房底板巖層巖性為砂質(zhì)泥巖，巷道掘進(jìn)過(guò)程揭露DF147正斷層，在斷層構(gòu)造影響下，節(jié)理裂隙發(fā)育，且底板富水，絞車房底板永久支護(hù)應(yīng)圍繞絞車的基礎(chǔ)進(jìn)行，同時(shí)考慮絞車房底板整體的穩(wěn)定性。絞車房底板支護(hù)采用高強(qiáng)錨網(wǎng)索支護(hù)，控制基礎(chǔ)變形，保證大型設(shè)備的正常使用，同時(shí)在基礎(chǔ)附近布置控底錨桿(索)，防止底板鼓起，讓底板和幫頂支護(hù)承載結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)作用，保持硐室圍巖長(zhǎng)期穩(wěn)定。絞車房底板支護(hù)參數(shù)：絞車房底板基礎(chǔ)下方錨索采用d17.8 mm×5 000 mm 1860鋼絞線，間排距為1 200 mm×1 300 mm，錨索托梁采用18#槽鋼，錨索托梁與錨具間加一組100 mm×100 mm×10 mm平托盤。錨桿選用d20 mm×3 000 mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿預(yù)緊力矩應(yīng)不小于300 N·m，錨索預(yù)緊力不低于100 kN.

3底板錨索施工配套設(shè)備及工藝優(yōu)化

錨索按照錨固方式分為樹脂端錨、樹脂注漿聯(lián)合錨固、注漿全長(zhǎng)錨固，而對(duì)于底板錨索施工，無(wú)論樹脂端錨還是樹脂注漿聯(lián)合錨固，都是采用小孔徑錨索鉆機(jī)施工，施工成孔困難，即使成孔后，樹脂錨固劑也難以注入孔底，影響了錨固力指標(biāo)，因此，決定對(duì)該礦大斷面硐室采用注漿全長(zhǎng)錨固底板錨索，錨索施工配套采用ZQJJ-200/1.8型氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)。注漿錨索示意圖見(jiàn)圖1.

圖1　注漿錨索示意圖

3.1配套底板錨索鉆機(jī)

ZQJJ-200/1.8型氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)是由淮北四興工貿(mào)有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一種新型高效的鑿巖設(shè)備(具體參數(shù)見(jiàn)表1)，主機(jī)由回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、推進(jìn)結(jié)構(gòu)、操縱機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)及鉆具組成，具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輔助時(shí)間短、重量輕、勞動(dòng)強(qiáng)度小、效率高等特點(diǎn)。

3.2注漿設(shè)備及其參數(shù)

錨索注漿采用2Zbq-30/3注漿泵，參數(shù)見(jiàn)表2.

在鉆機(jī)打錨索眼過(guò)程發(fā)現(xiàn)，打眼剛完畢，底板水馬上充滿了整個(gè)鉆孔眼，因此，要求注漿壓力比較大，為3～4 MPa.

表1　 錨索鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)表

表2　2Zbq-30/3注漿泵技術(shù)參數(shù)表

3.3工藝優(yōu)化

3.3.1底板錨索施工保障

通過(guò)測(cè)量ZQJJ-200/1.8整機(jī)最小高度為2.9 m，最大高度為4.7 m，然而絞車房主體硐室設(shè)計(jì)高度6 m，實(shí)際施工高度普遍超過(guò)了6.5 m，輔助開關(guān)硐室設(shè)計(jì)高度4.8 m，實(shí)際施工高度普遍達(dá)到了5 m，鉆機(jī)無(wú)法支撐到頂板進(jìn)行正常施工。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況提出了以下解決方法：開關(guān)硐室鉆機(jī)整體高度與實(shí)際硐室高度相差不大，現(xiàn)有的滑架長(zhǎng)度為1.8 m，決定對(duì)鉆機(jī)的滑架加長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)將滑架加工到2.5 m，從鉆機(jī)頂部對(duì)其固定，加工長(zhǎng)滑架能相對(duì)增加鉆機(jī)最小、最大整機(jī)高度，保障了對(duì)開關(guān)硐室底板錨索的施工。對(duì)于絞車房主體硐室，由于滑架太長(zhǎng)，從頂板固定鉆機(jī)穩(wěn)定性難以得到保證，考慮從底板加固底架對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行固定，底架加工圖見(jiàn)圖2，該方法較好地解決了大高度底板錨索的施工難題，鉆機(jī)卸掉底座的4個(gè)螺栓孔，然后將通過(guò)4個(gè)鉆機(jī)固定底架孔將鉆機(jī)固定在底架上，于4個(gè)底架固定底板孔內(nèi)施工d22 mm×1 000 mm短錨桿將底板固定在底板上。底架可通過(guò)底架鉆機(jī)固定孔組數(shù)及調(diào)整單次錨索施工數(shù)量與錨索孔間距調(diào)整?，F(xiàn)場(chǎng)施工圖見(jiàn)圖3，通過(guò)觀測(cè)，采用底架每班可施工9根錨索。

圖2　底架加工圖

圖3　底板錨索施工圖

3.3.2底板錨索錨固力保障

在實(shí)踐過(guò)程中，底板錨索施工初期錨索錨固力合格率較低，表現(xiàn)為錨索注漿后經(jīng)過(guò)7天養(yǎng)護(hù)期，錨索張拉機(jī)具張拉以錨固力100 kN為合格指標(biāo)，合格率僅有50%左右，主要原因是硐室底板含水豐富，而水泥漿錨固性能差，弱化了其錨固性能，因此提出在孔底塞10卷水泥速凝錨固劑，對(duì)注漿錨索形成提前錨；其次原因是錨索施工初期施工工序存在干擾，具體施工時(shí)底板錨索施工工序?yàn)槿看蚩缀笤僮{，初期注漿量大后期注漿量小，錨索孔存在竄漿影響，因此，提出了打一批注一批，有效避免竄漿影響，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)20根錨索預(yù)緊力進(jìn)行檢測(cè)，合格率達(dá)100%.

4結(jié)論

1) 對(duì)于煤礦井下絞車房這類特殊硐室，由于需要開挖基礎(chǔ)并在底板布置機(jī)電設(shè)備，一旦硐室底板出現(xiàn)不均勻隆起，將導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至釀成重大事故，因此，此類硐室對(duì)底板底鼓量的要求十分苛刻。

2) 錨索按照錨固方式分為樹脂端錨、樹脂注漿聯(lián)合錨固、注漿全長(zhǎng)錨固，而對(duì)于底板錨索施工，無(wú)論樹脂端錨還是樹脂注漿聯(lián)合錨固，都是采用小孔徑錨索鉆機(jī)施工，施工存在成孔困難問(wèn)題，即使成孔后，樹脂錨固劑也難以塞到孔底，影響錨固力指標(biāo)，因此，決定對(duì)該礦大斷面硐室采用注漿全長(zhǎng)錨固底板錨索。

3) 加工長(zhǎng)滑架和底架配套鉆機(jī)施工，較好地解決了大斷面硐室底板錨索施工難題，可為類似條件下硐室底板錨索施工提供借鑒。

4) 通過(guò)在硐室孔底塞水泥速凝錨固劑提前形成端錨，以及合理有序安排錨索打孔和注漿的批次間隔，有效避免了注漿竄漿，使錨索錨固力合格率由50%提高到了100%.

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·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

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Matching Equipment and Process Optimization of Bolt-mesh-anchor

Construction in Large Cross Section Chamber Floor

ZHANG Zhiqiang

AbstractThere are strict requirements about floor heave for the setting up of electronic-mechanical equipment on the floor in large cross section chambers in coal mine. After comprehensive comparison, measures like full-size grouting and cable anchor are decided to put into use to reinforce bottom floor. However, because of the height of the chamber, the drilling rig can not support the roof, thus failing to work. In view of this situation, the solution of processing long sliding framework and underframe is adopted to solve the above problem. And the anchoring force of bottom anchor with rich water is guaranteed through process adjustment.

Key wordsLarge cross section chamber; Bolt-mesh-anchor; Full length anchoring; Underframe

作者簡(jiǎn)介：趙銀虎(1986—)，男，山西臨汾人，2013年畢業(yè)于太原理工大學(xué),碩士研究生，助理工程師，主要從事與采礦工程相關(guān)的工作

收稿日期：2015-03-05

中圖分類號(hào)：TD352+.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-0652(2015)04-0034-03