某大高度富水硐室底板砂漿錨索施工實(shí)踐

郭成鉞

（山西高河能源有限公司）

某大高度富水硐室底板砂漿錨索施工實(shí)踐

郭成鉞

（山西高河能源有限公司）

為了確保某大斷面富水硐室可長(zhǎng)期使用及經(jīng)受后期采動(dòng)影響，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)硐室底板滲水嚴(yán)重及水泥砂漿錨固性能不足，提出了水泥端錨全長(zhǎng)砂漿錨索施工方式，數(shù)值模擬研究了錨網(wǎng)索底板支護(hù)對(duì)支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的影響，得出底板錨網(wǎng)索能改善底板彎矩分布并提高底板承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。實(shí)踐表明：底板錨索合格率達(dá)到了97%，所述施工方式可有效解決類似條件下底板錨索由于水及施工高度太高帶來(lái)的施工難題。

大斷面硐室 錨網(wǎng)索 承載結(jié)構(gòu) 水泥端錨

底鼓是煤礦巷道中經(jīng)常發(fā)生的動(dòng)力現(xiàn)象，也是煤礦巷道治理的難點(diǎn)，而且隨采深和巷道斷面增加，底鼓顯現(xiàn)越明顯［1-3］。底鼓的防治總體上包括加固法和卸壓法二大類，卸壓法難以實(shí)施，錨網(wǎng)索支護(hù)治理底鼓，不但能提高底板巖體強(qiáng)度，而且通過(guò)對(duì)底板施加預(yù)緊力，改善其應(yīng)力狀態(tài)，挖底工程量大幅減小［4-5］。某礦架空乘人車硐室為采區(qū)重要硐室，其掘進(jìn)后需經(jīng)受附近回風(fēng)下山掘進(jìn)影響，而且后期要受工作面采動(dòng)影響，若失穩(wěn)，其采區(qū)皮帶運(yùn)輸及行人系統(tǒng)將無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)對(duì)礦區(qū)造成重大經(jīng)濟(jì)損失。礦方對(duì)硐室?guī)晚斶M(jìn)行二次錨網(wǎng)支護(hù)基礎(chǔ)上，決定對(duì)底板進(jìn)行錨網(wǎng)索施工。底板錨網(wǎng)索錨索不同于幫頂錨索施工，其塌孔是困擾各礦的難題，硐室圍巖含水豐富影響錨固效果，硐室高度過(guò)大，錨索鉆機(jī)無(wú)法支撐到頂板，需要對(duì)其施工展開研究探討。

1 工程概況

硐室設(shè)計(jì)為半圓拱形斷面，埋深753 m，理論上巷道所處垂直應(yīng)力為20 MPa左右。硐室所處區(qū)域?yàn)閿鄬訕?gòu)造帶。硐室圍巖含水豐富，掘進(jìn)巷道圍巖頂幫淋水、底板滲水嚴(yán)重，底板打鉆鉆眼剛施工完畢，水即充滿整個(gè)鉆眼。圍巖主要為泥巖及細(xì)砂巖，在斷層構(gòu)造影響下，巷道圍巖內(nèi)部節(jié)理裂隙發(fā)育。雖受內(nèi)部結(jié)構(gòu)面影響，巖體本身強(qiáng)度大大降低，同時(shí)低強(qiáng)度的泥巖在結(jié)構(gòu)面和水的雙重作用下，圍巖體力學(xué)性質(zhì)嚴(yán)重弱化。

2 底板錨網(wǎng)索施工

2.1 底板支護(hù)技術(shù)方案

底板錨網(wǎng)索具體參數(shù)為φ20 mm×2 400 mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，間排距800 mm×900 mm，每個(gè)錨桿孔使用2支Z2350樹脂錨固劑，理論錨固長(zhǎng)度1.38 m，每個(gè)斷面采用2根4孔鋼筋梯子梁，并保證壓茬，預(yù)緊力矩200 N·m；φ17.8 mm×5 000 mm錨索預(yù)緊力100 kN。

2.2 底板施工工序

硐室底板采取錨網(wǎng)索加固底板，考慮到硐室底板局部表層比較破碎，先盡量找硬底，再施工錨桿，然后再做第一層地坪，底板總體的施工工序?yàn)榇蝈^桿（外露80～100 mm）—澆灌第一層地坪（厚度約50 mm）—掛鋼筋網(wǎng)上鋼筋梯子梁—錨桿預(yù)緊—打錨索眼—錨索鉆孔孔底塞10卷速凝水泥藥卷—錨索注漿—錨索張拉（注漿養(yǎng)護(hù)至少72 h）—澆灌第二層地坪（厚度覆蓋14＃槽鋼托盤，約150 mm），此外對(duì)于局部特別破碎的底板，應(yīng)提前注漿。

2.3 底板施工配套設(shè)備

（1）錨桿施工。底板錨桿采用YT28型風(fēng)錘施工，孔徑為28 mm。為保證錨桿的角度盡量垂直于底板，采用1.2 m短釬子套2.6 m長(zhǎng)釬子的方式施工。

（2）錨索施工。ZQJJ－200／1.8現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施鉆頭直徑75 mm，實(shí)際鉆孔直徑能達(dá)到90 mm，可以很好地解決底板錨索鉆孔塌孔問(wèn)題。

（3）注漿設(shè)備。采用2Zbq－30／3注漿泵，底板含水豐富，鉆打錨索眼過(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，底板要求的注漿壓力比較大，為3～4 MPa。

2.4 水泥端錨全長(zhǎng)砂漿錨索錨固機(jī)理

錨索水泥端錨注漿加固技術(shù)是融合錨固、封孔、注漿工藝為一體的加固技術(shù)，將注漿技術(shù)與錨索加固技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮注漿加固和錨索加固的各自優(yōu)勢(shì)。其加固機(jī)理主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：①錨索水泥端錨注漿通過(guò)注漿加固了底板，提高了底板的整體性以及底板巖體力學(xué)參數(shù)［6］，同時(shí)又給錨索提供了可靠的著力基礎(chǔ)，充分發(fā)揮錨索主動(dòng)加固的性能，增加了底板巖體的承載能力，從而達(dá)到控制底板峰后力學(xué)行為的目的；②漿液封堵底板巖體的裂隙，隔絕空氣，相對(duì)減弱水和空氣對(duì)巖體產(chǎn)生的弱化作用［7］；③全長(zhǎng)錨固提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體剛度［8］。

2.5 富水條件下底板錨索施工

因底板含水豐富、砂漿錨索安裝鉆孔直徑大、水泥砂漿凝固時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，錨固效果不理想。該礦類似富水條件底板錨索施工發(fā)現(xiàn)錨索合格率不高，大概為50%。于是提出了水泥端錨全長(zhǎng)砂漿錨索施工方式，其區(qū)別就是提前塞10卷水泥速凝藥卷于孔底，水泥藥卷錨固性能強(qiáng)于水泥漿，能讓錨索提前形成端部錨固。在端頭塞水泥速凝錨固劑，對(duì)錨固效果加以改進(jìn)。錨索水泥端錨注漿結(jié)構(gòu)示意如圖1（a）所示。錨索注漿時(shí)需要在孔口封孔，新加工了如圖1（b）所示φ60 mm大直徑注漿管，封孔僅需2卷速凝水泥藥卷且效果好，圖1（c）為現(xiàn)場(chǎng)施工的錨索。

圖1 水泥端錨全長(zhǎng)砂漿錨索

2.6 大高度硐室底板錨索施工

絞車房設(shè)計(jì)高度4.8 m，實(shí)際高度5～5.4 m，ZQJJ－200／1.8無(wú)法從頂板固定鉆機(jī)，于是需加工圖2所示底架，很好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，然后通過(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φ22 mm×1 000 mm短錨桿將底板固定在底板上。底架可調(diào)整底架鉆機(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。現(xiàn)場(chǎng)施工圖見(jiàn)圖3。

3 底板支護(hù)作用數(shù)值模擬分析

硐室斷面大小為6.0 m×4.8m，埋深753 m，計(jì)算模型大小為寬×高＝50 m×50 m，共劃分20 000個(gè)單元，左右邊界為單約束邊界（x和y方向位移≠0），底邊界為全約束邊界（x和y方向位移＝0），上邊界為自由邊界，但施加等效應(yīng)力，等效上覆載荷作用，垂直應(yīng)力取16.7 MPa，水平側(cè)壓系數(shù)取1.0，力學(xué)分析模型如圖4所示。

圖2 底架加工示意

圖3 錨索現(xiàn)場(chǎng)施工

圖4 數(shù)值模擬模型

圖5（a）為底板未治理二次錨網(wǎng)支護(hù)彎矩分布情況。圖5（b）是硐室二次支護(hù)完成后對(duì)底板采取錨網(wǎng)索控制措施的支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的彎矩分布情況。與圖5（a）相比，幫腳、幫中及靠近幫腳的底板彎矩變化不明顯，起拱線及肩窩之間最大彎矩下降13.6%，肩窩附近下降10.8%，最主要的彎矩變化是底板中間位置，由于補(bǔ)強(qiáng)錨索的作用，原先中間位置的最大彎矩向兩幫腳偏移，最大彎矩降低約50%，有利于底板和幫腳圍巖的穩(wěn)定。底板治理對(duì)改善底板彎矩分布形態(tài)起著至關(guān)重要的作用，能有效避免正彎矩導(dǎo)致支護(hù)承載結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)受拉，提高底板承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)能優(yōu)化起拱線到頂板位置的彎矩分布，提高支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4 結(jié) 論

底板錨索一直是困擾某煤礦的施工難點(diǎn)，尤其進(jìn)入深部開采后，局部巷道底鼓嚴(yán)重，引進(jìn)ZQJJ－ 200／1.8底板錨索鉆機(jī)對(duì)某硐室底板施工。為了檢驗(yàn)其施工后錨索效果，錨索注漿養(yǎng)護(hù)至少72 h后，以預(yù)緊力100 kN為合格指標(biāo)，來(lái)對(duì)其效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。絞車房共施工30根錨索，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格率達(dá)到了97%，僅1根不合格。底架方便地解決了大高度底板錨索施工難題，且施工速度快，1個(gè)班可施工6～9根底板錨索。所述施工方式可有效解決類似條件下底板錨索由于水及施工高度太高帶來(lái)的施工難題。

圖5 支護(hù)承載結(jié)構(gòu)彎矩分布（單位：N·m）

［1］孟祥閣，謝文兵，荊升國(guó)，等.深井軟巖巷道底鼓分層錨注支護(hù)技術(shù)［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2011，39（9）：22-25.

［2］姜耀東，趙毅鑫，劉文崗，等.深部開采中巷道底鼓問(wèn)題的研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23（14）：2396-2401.

［3］趙明洲，張繼華，汪華君.深井準(zhǔn)備巷道底鼓成因及其防治對(duì)策［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2011，39（10）：26-28.

［4］田 磊，謝文兵，荊升國(guó)，等.綜放跨采巷道棚－索耦合協(xié)同支護(hù)技術(shù)［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2011，39（11）：44-47.

［5］孫玉寧，周鴻超，周建榮.半煤巖軟底巷道底鼓控制技術(shù)［J］.采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2007，24（3）：340-344.

［6］李學(xué)華，楊宏敏.動(dòng)壓軟巖巷道錨注加固機(jī)理與應(yīng)用研究［J］.采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2006，23（2）：159-163.

［7］劉文濤，王安舍，張正斌，等.中空注漿錨索在沿空留巷支護(hù)中的應(yīng)用［J］.煤炭工程，2011，（6）：42-44.

［8］孟慶江，劉喜忠，李國(guó)鋒.興安礦深部軟巖巷道底鼓控制對(duì)策［J］.煤礦開采，2008，13（4）：63-65.

Practical Construction of Floor M ortar Anchor in Large Height Rich-water Chamber

Guo Chengyue
（Gaohe Energy Limited Company of Shanxi）

In order to ensure thata large section of rich water chamber can be used for a long time or hold the late impacts ofmining，and for serious water seepage of the chamber floor and bad anchoring performance of cementmortar，the whollymortar cable constructionmethod with the cementend anchor is proposed.The numerical simulation ismade to study the impact of cable anchor plate support to supporting bearing structure.It is obtained that the bottom cable anchor can improve the distribution of plate＇s bendingmomentand the stability of floor load-bearing structure.The practice shows that：the bottom cable pass rate reached 97%and the construction method can effectively solve the difficulties in construction of the bottom anchor under similar conditions due to rich water and high construction height.

Large-section chamber，Cable anchor，Bearing structure，Cement end anchor

2013-08-11）

郭成鉞（1985—），男，助理工程師，047100山西省長(zhǎng)治市。