千米深井大硐室群施工技術(shù)研究

摘 要：隨著礦井開采深度的不斷延伸，深部軟巖硐室群圍巖穩(wěn)定性控制已成為困擾國(guó)內(nèi)外工程界的難題。為了更好地控制大斷面硐室群圍巖變形破壞難題，結(jié)合口孜東礦中央水泵房硐室工程實(shí)例，通過現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)條件調(diào)查和理論分析，提出了口孜東礦中央水泵房硐室群“錨網(wǎng)索噴+滯后套36U型棚、注漿的復(fù)合支護(hù)和清盡煤底用泡沫板充填”支護(hù)技術(shù)，取得了切實(shí)有效的支護(hù)效果。

關(guān)鍵詞：千米深井；硐室群；復(fù)合支護(hù)；泡沫充填

隨著能源需求的日益增加，我國(guó)大部分礦井相繼進(jìn)入深部開采，深井硐室群由于深部高應(yīng)力的作用，巷道圍巖應(yīng)力集中程度加劇，使得巷道需要反復(fù)進(jìn)行修護(hù)而質(zhì)量不高，其支護(hù)更是深井的一大難題。研究表明[1]～[3]，深部硐室群變形破壞原因主要受三個(gè)方面的影響：高地應(yīng)力、膨脹型粘土礦物含量及應(yīng)力集中；采用的多種巷道支護(hù)形式中圍巖注漿加固為層次最高、支護(hù)效果最佳的支護(hù)形式。本文結(jié)合口孜東礦中央水泵房硐室群的支護(hù)問題就深部軟巖工程穩(wěn)定性控制進(jìn)行探討。

1 工程簡(jiǎn)要介紹

工程位于國(guó)投新集能源股份有限公司口孜東礦中央水泵房。中央水泵房硐室群由中央水泵房、配水井、吸水井及配水巷組成，其示意圖如圖1所示。施工時(shí)采取了相同的處理方案，現(xiàn)以中央水泵房施工為工程實(shí)例。中央水泵房設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為55m，掘進(jìn)毛斷面達(dá)到54m2，巷道凈斷面為42.9m2；支護(hù)噴厚100mm，噴砼強(qiáng)度C20；墻部澆注厚度為500mm，砼強(qiáng)度為C40。

2 支護(hù)方式口孜東礦的實(shí)踐

礦井巷道的早期施工，采取應(yīng)用多種方式進(jìn)行支護(hù)，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，經(jīng)一段時(shí)間礦壓觀測(cè)，礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，巷道一次支護(hù)后不進(jìn)行錨注的情形下巷道將處在一個(gè)持續(xù)失穩(wěn)的狀態(tài)中，不斷地變形且變形量比較大。而巷道加以錨注以后巷道位移量明顯變小變少，經(jīng)過一段時(shí)間可以處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。進(jìn)行套棚的巷道，巷道幫部位移能夠有效控制，可底鼓現(xiàn)象在井巷內(nèi)沒有得到改觀。如礦井中央水泵房這樣的大型機(jī)電中央水泵房，如果不能有效控制底鼓問題，將不可避免的造成機(jī)電事故，給礦井安全帶來威脅。

3 中央水泵房的施工

3.1 頂、幫支護(hù)

經(jīng)過實(shí)踐論證后，對(duì)深井巷道支護(hù)形式進(jìn)行了總結(jié)，基于井底車場(chǎng)重車線所取得的成效，在礦井中央水泵房決定采取錨網(wǎng)索噴支護(hù)對(duì)掘進(jìn)工作面進(jìn)行一次支護(hù)，巷道成巷后二次支護(hù)間隔在一個(gè)月左右進(jìn)行，采取套36U棚和注漿的復(fù)合支護(hù)形式對(duì)成型巷道進(jìn)行二次支護(hù)，即“錨網(wǎng)索噴為一次支護(hù)+滯后30天內(nèi)進(jìn)行二次支護(hù)套36U型棚、錨注”的復(fù)合支護(hù)技術(shù)?？紤]到煤層的影響，將中央水泵房硐室整體移動(dòng)，水泵房通道由51.95m縮短為45.78。其支護(hù)圖如圖2所示。

3.1.1 錨網(wǎng)索噴+圍巖加固注漿支護(hù)

采用錨桿類型為Ⅱ級(jí)高強(qiáng)螺紋鋼加工、左旋無縱筋專用，規(guī)格為Φ22×2500mm，采用錨索Φ21.8×8300mm鋼絞線，樹脂錨固劑采用Z2350型，噴層混凝土厚度為100mm，C20砼強(qiáng)度。錨注全斷面放在一次支護(hù)后20天進(jìn)行，注漿順序?yàn)橄葞秃蠊?。底角注漿錨桿下扎角度30～45°，間排距為1600×1600mm。當(dāng)水泥注漿量超過1.5T時(shí)（單孔），封孔采用水玻璃與水泥雙液漿，用水玻璃量是水泥重量的3～5%，濃度為45Be。注漿時(shí)要求終壓為3MPa。

3.1.2 架36U型棚+拱部充填注漿支護(hù)

巷道采用鋼棚36U型架棚，噴砼強(qiáng)度拱部等級(jí)為C20，150mm噴厚；結(jié)束后即進(jìn)行中央水泵房墻部C40混凝土澆筑，厚500mm；要求中央水泵房拱部充填放在注漿噴漿結(jié)束后15天進(jìn)行，控制注漿終壓在1～1.5MPa，采用1600mm錨注管，間排距3000×3000mm。

根據(jù)井下巷道礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)，為避免礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈而造成的中央水泵房幫頂變形，以減少刷幫、二次套棚挑頂工程量的產(chǎn)生，掘進(jìn)施工時(shí)中央水泵房，施工斷面在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上放大100～200mm。

3.2 柔性充填體控制底鼓

施工水泵基礎(chǔ)必須在中央水泵房頂幫復(fù)合支護(hù)結(jié)束后進(jìn)行，因中央水泵房底板為煤，巷道內(nèi)采取全部挖除距底板以下3m以內(nèi)的煤層及煤層頂?shù)装宕嬖谀鄮r后，可以有效降低應(yīng)力的集中程度，從而對(duì)巷道底鼓加以特別控制。采取措施為鋪一層C20混凝土在基礎(chǔ)部分底板及幫部面上，再對(duì)其進(jìn)行注漿加固，技術(shù)參數(shù)、注漿材料的選取參照巷道第一次錨注使用的數(shù)據(jù)；采取呈“十”字型密鋪12#工字鋼放置在設(shè)備基礎(chǔ)下鋪設(shè)的200mm泡沫板上，12號(hào)工字鋼按設(shè)計(jì)鋪設(shè)后，再鋪設(shè)δ1.5mm雙層塑料板與δ100mm泡沫板在設(shè)備基礎(chǔ)四周，利用泡沫板的彈性充分減弱底板積蓄和釋放彈性能的能力，防止圍巖因?yàn)樽{的產(chǎn)生變形底鼓引發(fā)機(jī)電設(shè)備基礎(chǔ)位移不平衡帶來的機(jī)電事故造成。

4 實(shí)效效果

口孜東礦為千米深井，地壓大，巖層具有流變性，支護(hù)難度相當(dāng)大，采用單一支護(hù)的巷道大部分均進(jìn)行了擴(kuò)修，且巷道修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，無論從成本上還是時(shí)間上都造成了嚴(yán)重的浪費(fèi)。井底車場(chǎng)周邊馬頭門、中央變電所、中央水泵房等硐室復(fù)合支護(hù)方式“錨網(wǎng)索噴+滯后套36U型棚、注漿的和清盡煤底用泡沫板充填”支護(hù)技術(shù)，取得了成功。

副井馬頭門、中央水泵房、中央變電所等硐室采取有效的復(fù)合支護(hù)后，連續(xù)6個(gè)月的礦壓觀測(cè)表明，中央水泵房累計(jì)底鼓量為6mm，兩幫移近量平均為10mm，有效的控制住了巷道的圍巖穩(wěn)定性，為類似地質(zhì)條件的深井大硐室施工提供了有價(jià)值的參考。

參考文獻(xiàn)

[1]郭平業(yè)，趙菲菲，等.深部硐室群破壞機(jī)理及其穩(wěn)定性控制[J].煤炭工程，2009，（8）：87-89.

[2]魏樹群，張吉雄，等.高應(yīng)力硐室群錨注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2008，25（3）：281-285.

[3]邵祥澤，潘志存，等.高地應(yīng)力巷道圍巖的蠕變數(shù)值模擬[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2006，23（2）：245-248.

作者簡(jiǎn)介：齊萬利（1982-），男，安徽懷遠(yuǎn)人，工程師，2006年6月于安徽理工大學(xué)本科畢業(yè)，現(xiàn)從事礦井生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)管理工作。