弱膠結(jié)軟巖斜井支護形式及監(jiān)測方案研究

彭 偉 李 軍 荊 平 惠永崗 程子厚 王 磊

(1.鄂爾多斯市昊華紅慶梁礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014316；2.北京中煤礦山工程有限公司,北京 100013； 3.煤礦深井建設(shè)技術(shù)國家工程實驗室,北京 100013)

弱膠結(jié)軟巖斜井支護形式及監(jiān)測方案研究

彭 偉1李 軍1荊 平1惠永崗1程子厚2,3王 磊2,3

(1.鄂爾多斯市昊華紅慶梁礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014316；
2.北京中煤礦山工程有限公司,北京 100013； 3.煤礦深井建設(shè)技術(shù)國家工程實驗室,北京 100013)

鑒于紅慶梁礦主斜井隨著掘進深度的不斷增加，主斜井頂板、兩幫均出現(xiàn)不同程度的滲水現(xiàn)象，尤其是底板部分出現(xiàn)了大量的涌水使得掘進速度變慢，圍巖遇水軟化，施工難度大，提出了樹脂錨桿+注漿錨桿+金屬網(wǎng)+噴射混凝土封閉式支護形式，并闡述了具體的支護措施，指出該支護形式機械化程度高、施工速度快、綜合效益好，可用于能注入漿液的礫巖層。

弱膠結(jié)軟巖，涌水，樹脂錨桿，注漿錨桿，封閉支護

1 概述

紅慶梁礦主斜井原設(shè)計的主要支護形式為錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護形式，在主斜井掘進初期此種支護形式發(fā)揮了明顯的優(yōu)勢作用。但隨著掘進深度的不斷增加，主斜井頂板、兩幫均有不同程度的滲水現(xiàn)象，尤其是底板部分出現(xiàn)了大量的涌水使得掘進速度變慢，而且使得錨噴支護效果大打折扣[1-4]。

鑒于此，研究決定針對當前滲水問題以及后續(xù)深部地壓較大提出了樹脂錨桿+注漿錨桿+金屬網(wǎng)+噴射混凝土封閉式支護形式[5-7]，所謂封閉式支護形式，即在底板處向下開挖450 mm，每次開挖寬度約為0.8 m～1 m，可從兩邊向主斜井軸心方向同時開挖。之后鋪設(shè)150 mm厚的普通碎石，碎石鋪設(shè)要求碎石之間孔隙度大一些，便于排水和后期壁后注漿，并現(xiàn)澆厚度為300 mm的水泥混凝土，并預(yù)埋注漿管，使得地下水可由注漿管排出，待現(xiàn)澆混凝土強度達到設(shè)計值后，向注漿管注漿，從而達到封閉底板出水、增加支護體強度、提高巖體穩(wěn)定性的目的。

2 支護參數(shù)確定

2.1 錨桿支護參數(shù)的確定

錨桿采用高強樹脂錨桿和注漿錨桿，二者各自發(fā)揮優(yōu)勢，樹脂錨桿發(fā)揮其高承載力這一特點，注漿錨桿發(fā)揮能封水的特點。兩種錨桿間隔布置，圍巖應(yīng)力由二者共同承擔[8-10]。錨桿長度根據(jù)懸吊理論及免壓拱理論計算，即l=l1+l2+l3，l1取0.05 m，l2為冒落拱高度，l3取0.6 m。

根據(jù)莫斯特科夫理論計算冒落拱高度，即:

其中，k為修正系數(shù)，對于f=2～4埋深H≤100 m情況，k=1.0；對于100 m

則:

錨桿長度為：l=l1+l2+l3=0.05+1.72+0.6=2.37 m,取l=2.4 m。

錨桿直徑計算，設(shè)錨桿錨固力為Q，錨桿桿體承載力為P，一般P=Q，且有：

Q=π(d/2)2σt。

其中，d為錨桿直徑，mm；Q為錨桿錨固力值，取50 kN；σt為螺紋鋼抗拉強度設(shè)計值，取300 MPa。

則：

根據(jù)規(guī)范規(guī)定錨桿每延長米錨固力不小于25 kN/m,依據(jù)2.1中錨桿長度2.4 m則錨桿錨固力不小于60 kN，并根據(jù)經(jīng)驗取錨固力值Q=70 kN。σt為螺紋鋼抗拉強度值，取300 MPa。d=17.26 mm，根據(jù)工程經(jīng)驗取錨桿直徑為20 mm。

錨桿間排距：錨固力Q應(yīng)等于桿體承載力，桿體能承載平均作用范圍內(nèi)巖石的重力。

則錨桿間排距為：

其中，a為錨桿間距，m；Q為錨桿錨固力設(shè)計值，取50 kN；K為錨桿的安全系數(shù)，取1.5～1.8；γ為頂板巖體的容重，取23.5 kN/m3。

則:a=1.310 7 m，依據(jù)經(jīng)驗可取為800 mm。

紅慶梁礦主斜井為半圓拱斷面，其巷道毛斷面周長為12.53 m。則拱頂及兩幫的錨桿數(shù)目為12.53/0.9=13.9，取14根。實際間距為12.53/14=0.89 m，滿足要求。錨桿的排距取800 mm。當掘進到中深部后，為提高支護的安全可靠性，錨桿的間距和排距均取為800 mm。錨桿的布置方式采用樹脂錨桿與注漿錨桿間隔布置。

2.2 主斜井噴射混凝土參數(shù)設(shè)計

噴射混凝土主要由水泥、砂、石子和速凝劑四種材料組成。其中針對紅慶梁礦主斜井巷道圍巖噴射混凝土的配比為水泥∶石∶砂=1∶2∶2，速凝劑的摻量為實際使用水泥重量的3%。經(jīng)計算，按照設(shè)計要求紅慶梁礦主斜井巷道噴層每立方米混凝土中各種材料的用量，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 1 m3噴射混凝土中各種材料的用量

噴層厚度計算公式為：

其中，對錨噴k′=0.25；a=B/6=6.2/6=1.03 m，取a=1.0 m；m=1.0,σt=1.2 MPa。則:

結(jié)合工程實踐經(jīng)驗，取噴層厚度300 mm。

2.3 金屬網(wǎng)、鋼帶與托盤

根據(jù)經(jīng)驗采用φ6 mm圓鋼焊接網(wǎng)，其網(wǎng)格尺寸為100 mm×100 mm，網(wǎng)片長度按周邊長度計算，每片搭接100 mm；寬度為錨桿間排距加100 mm。托盤采用邊長為150 mm的方形鋼板，鋼板厚度10 mm。鋼帶采用φ=12 mm的圓鋼焊接而成，寬度為100 mm，長度根據(jù)現(xiàn)場施工情況確定。

2.4 錨固劑的選擇與預(yù)應(yīng)力的確定

根據(jù)《采礦工程設(shè)計手冊(2003)》和MTT 1104—2009煤巷錨桿支護技術(shù)規(guī)范中相關(guān)規(guī)定，鉆孔直徑取28 mm，選用直徑為23 mm的樹脂錨固劑，錨固力在50 kN以上。錨桿安裝完成后施加預(yù)應(yīng)力，為初錨固力的60%。斷面設(shè)計圖如圖1所示，其技術(shù)特征見表2。

表2 斜井斷面技術(shù)特征

3 結(jié)語

本章根據(jù)《中國煤礦軟巖巷道工程支護設(shè)計與施工指南》《采礦工程設(shè)計手冊》等資料并結(jié)合課題組已有軟巖巷道支護技術(shù)的研究經(jīng)驗，針對紅慶梁煤礦主斜井軟巖含水地質(zhì)條件下井筒滲水較大段提出了樹脂錨桿+注漿錨桿+金屬網(wǎng)+噴射混凝土的新型封閉式支護形式。

該方案采用樹脂錨桿和注漿錨桿相結(jié)合的方式，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，樹脂錨桿發(fā)揮其高承載力這一特點，注漿錨桿發(fā)揮能封水的這一特點，兩種錨桿間隔布置，圍巖應(yīng)力由兩種錨桿共同承擔。針對底板滲水量大的問題，課題組研究決定在底板處先鋪設(shè)一層約150 mm的普通碎石，然后澆筑300 mm的防水混凝土并預(yù)埋注漿管，注漿管一端埋設(shè)在碎石層中，另一端超出混凝土面層，待混凝土達到設(shè)計強度后，進行注漿封閉。這種支護形式具有施工速度快、機械化程度高等優(yōu)點，產(chǎn)生了較好的綜合效益，降低了工人的勞動強度，能較為充分的發(fā)揮圍巖自承能力，可用于能注入漿液的礫巖層。

在紅慶梁弱膠結(jié)軟巖斜井巷道掘進過程中，這種封閉支護形式有效地防止了地下涌水事件的發(fā)生，避免了由涌水造成的圍巖軟化對施工的影響。

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Study on support forms and monitoring scheme of inclined shaft of weak-bonding soft rock

Peng Wei1Li Jun1Jing Ping1Hui Yonggang1Cheng Zihou2,3Wang Lei2,3

(1.ErdosHaohuaHongqingliangMiningCo.,Ltd,Erdos014316,China;2.BeijingChinaCoalMiningEngineeringCo.,Ltd,Beijing100013,China;3.NationalEngineeringLaboratoryofCoalMineConstructionTechnology,Beijing100013,China)

In light of inclined shaft conditions of Hongqingliang mine including tunnel depth increasing and top inclined shaft roof and lateral leakage phenomenon and tunneling slowing owning large amount of bottom water bursting, water softening of surrounding rock, construction difficulty, the paper puts forward enclosure support forms of resin bolt+grouting bolt+mental network+spraying concrete, and describes its specific support measures, and finally points out its advantages, such as higher mechanization, fast construction speed, comprehensive benefits and being good for grouting slurry into conglomerate layer.

weak-bonding soft rock, water-bursting, resin bolt, grouting bolt, enclosed support

2015-06-03

彭 偉(1966- )，男，高級工程師

1009-6825(2015)23-0037-02

TD355.9

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