煤礦深部軟巖巷道圍巖控制技術(shù)研究

摘? ? 要：某煤礦+535軌道石門在掘進(jìn)期間底鼓明顯，底鼓量達(dá)900mm/月以上。經(jīng)多次臥底修護(hù)，仍不能滿足礦井基本建設(shè)需要。本文分析了該礦井下巷道底鼓的基本形式及影響因素，提出了采用底板錨桿與澆灌鋼筋混凝土反底拱聯(lián)合加固技術(shù)防治破碎軟巖巷道底鼓的方法，對通過對試驗段進(jìn)行巷道位移觀測，巷道平均底鼓量為97mm，有效的解決了礦井深部極軟巖巷道底鼓治理難題。

關(guān)鍵詞：深部巷道;底鼓;反底拱;鋼筋混凝土;軟巖

一、工程地質(zhì)概況

礦井+535軌道石門，巷道全長860m，埋深750m，采用錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)。巷道掘進(jìn)過程中主要揭露了細(xì)砂巖和泥巖，抗壓強(qiáng)度均在7～17 MPa。巖石主要礦物成分為粘土礦物和石英，平均含量分別為55%和44%。其中粘土礦物主要是高嶺石、伊/蒙混層和伊利石等礦物，平均含量依次為44%、40%和14%，礦物顆粒中間有較強(qiáng)的膨脹性，即遇水后顆粒水膜加厚、吸水性大、易軟化、強(qiáng)度和穩(wěn)定性差。

+535軌道石門在掘進(jìn)期間，巷道變形嚴(yán)重，具體表現(xiàn)為底鼓、兩幫收斂、肩窩下沉，拱頂噴漿體爆皮漲裂嚴(yán)重。巷道斷面縮小平均45%，軌道彎曲變形，不能通車，底板巖石泥化嚴(yán)重，給正常施工帶來極大的安全隱患。每隔15天就要臥底、整理軌道一次，給掘進(jìn)任務(wù)的完成帶來很大難度。

二、巷道底鼓原因分析

巷道內(nèi)巖石的擴(kuò)容、膨脹是引起巷道底鼓的主要原因。由于巷道所處的地質(zhì)條件、底板圍巖性質(zhì)和應(yīng)力狀態(tài)的差異，主要以膨脹型底鼓和應(yīng)力型底鼓兩種形式存在。通過對現(xiàn)場底鼓情況進(jìn)行分析，+535軌道石門底鼓的主要影響因素：

（一）由于巷道埋深較深，底板圍巖與水膨脹，且隨時間發(fā)生體積增大，局部有淋水的部位不斷向巷道內(nèi)鼓起。

（二）由于礦井在初期設(shè)計時，巷道布置過于集中，造成壓力疊加，也是造成巷道長時間底鼓的主要因素。

（三）由于巷道底板圍巖與水軟化，整個底板圍巖強(qiáng)度降低，根據(jù)井下巷道臥底時觀察實際破壞狀況表明，井下應(yīng)力型底鼓主要顯現(xiàn)為層狀結(jié)構(gòu)底板底鼓。

（四）由于巷道未進(jìn)行底板支護(hù)，巷道拱頂和兩幫采用普通的錨網(wǎng)噴支護(hù)強(qiáng)度與深部地應(yīng)力相比太小，所以巷道收斂變形嚴(yán)重，巷道多次返修后還是處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

三、反底拱支護(hù)設(shè)計及施工

（一）巷道反底拱支護(hù)設(shè)計方案

針對以上情況，即在巷道底板進(jìn)行澆灌鋼筋混凝土反底拱支護(hù)設(shè)計試驗。鋼筋混凝土反底拱支護(hù)斷面如圖1所示。

（一）反底拱支護(hù)設(shè)計為雙層綁扎鋼筋網(wǎng)，垂直于巷道方向的鋼筋順反底拱綁扎成弧形網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)使用Φ22 mm@300mm×300mm螺紋鋼縱、橫捆扎。

（二）混凝土標(biāo)號C20，混凝土配比為水泥：砂子：石子=1：2：2（體積比），水泥采用標(biāo)號為P.O32.5普通硅酸鹽水泥，砂子為含水率4%～6%的河沙，石子規(guī)格為10～20mm，拌料要嚴(yán)格按配比進(jìn)行，要攪拌均勻。

（三）反底拱掘挖成弧形，底拱中部至設(shè)計巷道混凝土底板上水平面垂直深度952mm。

（四）反底拱墊層為在巷道底板加100mm生石灰墊層，生石灰墊層可以吸收底板水分，并使自身固化，形成有一定強(qiáng)度的隔離層。鋼筋網(wǎng)不得直接接觸巷道底板。

（五）反底拱兩幫預(yù)留剛筋可搭接多種剛性支護(hù)材料對巷道兩幫及拱頂進(jìn)行全斷面支護(hù)。

（六）為了減少巷道底板直接接觸水源，巷道底板不預(yù)留水溝，采用分段集中水管排水。

（二）施工工藝

采用人工放震動炮、配合風(fēng)鎬、手鎬施工，采取分段掘挖、分段澆灌的方法施工，兩班掘挖一班澆灌，快速施工。

工藝過程：放炮松動—墊實、加固軌道—出矸清理—打設(shè)底錨—綁扎鋼筋網(wǎng)—緊固錨桿—澆灌混凝土—灑水養(yǎng)護(hù)—加固巷道底腳、噴漿。

四、應(yīng)用效果

為了了解+535軌道石門進(jìn)行澆灌鋼筋混凝土反底拱的支護(hù)效果，在試驗巷道長度100m內(nèi)采用十字布點法進(jìn)行巷道位移觀測。在100m試驗段內(nèi)每隔20m布置1個測點，進(jìn)行2個月的礦壓觀測，通過對試驗段與未進(jìn)行反底拱加固段的巷道表面位移觀測結(jié)果進(jìn)行對比，在底鼓未治理巷道內(nèi)底鼓量為1823mm，兩幫移近量1045mm，頂板下沉量753mm。澆灌反底拱后，底鼓量為97mm，此數(shù)據(jù)為試驗段巷道個測點平均值。從試驗段礦壓觀測結(jié)果分析，澆灌反底拱對治理該礦區(qū)深部極軟巖巷道效果明顯，減少了巷道重復(fù)臥底、修護(hù)對巷道圍巖的再次破壞，減少了礦井基本建設(shè)費(fèi)用投資，更減少了工人在掘進(jìn)期間的勞動強(qiáng)度。鋼筋混凝土治理軟巖巷道底鼓技術(shù)，先后在該礦集中皮帶機(jī)道、井底車場、主回風(fēng)石門等主要巷道共計3100m巷道得到應(yīng)用，且取得了良好的效果，加快了礦井建設(shè)的步伐。

五、結(jié)語

軟巖極軟巖礦壓與圍巖控制是當(dāng)今世界地下工程中最復(fù)雜的技術(shù)難題之一。隨著礦井開采深度的增加，生產(chǎn)礦井軟巖巷道管理困難，巷道大變形、大地壓、底鼓嚴(yán)重，難支護(hù)，陷入重復(fù)投資、多次復(fù)修的困境。鋼筋混凝土治理軟巖巷道底鼓技術(shù)，解決了該礦煤礦的生產(chǎn)實際問題，對國內(nèi)類似條件礦區(qū)也有借鑒意義。

作者簡介：李世華（1985-），男，河南洛陽人，助理工程師，現(xiàn)在義安煤礦掘進(jìn)二隊從事技術(shù)管理工作。