試分析大斷面硐室錨噴注聯(lián)合支護技術(shù)

邊遠

摘 要：大斷面絞車硐室的支護有較大難度，且嚴(yán)重變形經(jīng)常出現(xiàn)，為對這一問題進行解決，需進一步對絞車車房硐室聯(lián)合支護現(xiàn)狀進行分析，對圍巖的穩(wěn)定性進行明確，隨后實施錨噴注聯(lián)合支護技術(shù)實施現(xiàn)場的實驗，再對研究結(jié)果進行分析，從而實現(xiàn)硐室圍巖變形問題的預(yù)控。

關(guān)鍵詞：大斷面硐室；噴注聯(lián)合支護技術(shù)；支護優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.225

1 前言

近些年，我國礦井的生產(chǎn)能力不斷呈現(xiàn)出上升趨勢，礦井中巷道的斷面越來越大，在很大程度上增大了巷道中的變形量，需要多次進行維修與維護，從而使礦井生產(chǎn)效益受到影響。對于大斷面巷道變形的原理、進行控制的技術(shù)，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)從多個方面進行研究，為巷道支護提供了一些指導(dǎo)。但是，巷道的地質(zhì)條件有差異性存在，且較為復(fù)雜，巷道變形發(fā)生的原因、進行控制所需的技術(shù)也有差異存在。本文以某礦業(yè)為例，該礦業(yè)中的三水平軌道絞車房硐室自從掘進以后圍巖變形的問題就一直存在，多次實施了維護，但變形問題仍然沒有得到改善，對礦井正常運輸造成了嚴(yán)重的影響，已經(jīng)成為礦井正常生產(chǎn)的主要因素之一。此礦井的三水平軌道絞車房是大斷面的軟巖巷道，進行支護時，原有的錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護已經(jīng)難以對支護需求進行滿足。因此，需進一步對原有支護方案中圍巖出現(xiàn)變形的原因進行分析，對支護方案進行優(yōu)化。對此，本文在不同支護條件下對三水平絞車房硐室圍巖穩(wěn)定性的相關(guān)數(shù)值進行模擬與分析，并采用工程類比法對支護參數(shù)進行計算，以期使巷道穩(wěn)定性能夠得到提升。

2 工程案例介紹

某礦業(yè)的三水平軌道絞車房硐室位置在三水平軌道下山和一川交叉點下部的4.5米左右處，465.8米的埋深。硐室的位置在二1煤層及其煤層頂板內(nèi)，頂板處的圍巖是灰色砂質(zhì)泥巖，有少量中、細砂巖在局部發(fā)育，底板主要是深灰色的泥巖。該硐室處于較為軟弱的巖層中，有比較低的強度，實施開挖后，圍巖極易松動，頂板處的圍巖比較松軟，且容易破碎，裂隙發(fā)育，致使破壞的塑性區(qū)域形成，底板處常有底鼓、破碎出現(xiàn)。

3 影響硐室變形的因素

對絞車房進行開挖之后，以錨索噴與U鋼棚進行聯(lián)合支護，底板實施了反底拱措施，并在上部對混凝土進行了澆筑，當(dāng)作基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。進行現(xiàn)場觀測時，發(fā)現(xiàn)第一次支護的U型鋼棚兩幫、底板處有明顯的變形出現(xiàn)，有空幫、空頂?shù)默F(xiàn)象出現(xiàn)。同時，U型鋼板支架有較為嚴(yán)重的扭曲變形出現(xiàn)，頂板、兩幫噴層表面開始有脫離出現(xiàn)，底板出現(xiàn)鼓起。經(jīng)分析，該硐室變形的主要影響因素如下：（1）巷道斷面的尺寸過大。三水平軌道絞車硐室規(guī)格應(yīng)該控制為8.3米×7.9米×6米，呈半圓的拱形，屬于大斷面硐室的一種[1]。此類硐室有較大的跨度，施工以后，拱頂處會有大面積拉應(yīng)力區(qū)形成，對周邊進行開挖后，會引發(fā)松動，致使應(yīng)力集中在一起，導(dǎo)致支承的壓力峰值出現(xiàn)急劇快速的升高，圍巖會有松動出現(xiàn)，致使圍巖的強度降低，嚴(yán)重情況下，頂板、底板的圍巖處會有裂縫發(fā)育，使破壞塑性區(qū)形成，從而導(dǎo)致底板處的淺層圍巖有底鼓與破碎出現(xiàn)[2]。（2）較大的地應(yīng)力。硐室有將近500米的埋深，在中深的礦井中進行開采，地應(yīng)力會對圍巖造成影響。另外，三水平軌道運輸下山產(chǎn)生的應(yīng)力也會對此硐室產(chǎn)生影響，增大兩幫荷載，致使兩幫整體移向巷道中。此時，若支護結(jié)構(gòu)無法對荷載作用進行承受，則會產(chǎn)生變形，使硐室的支護結(jié)構(gòu)受到破壞。現(xiàn)場測試表明該絞車房所處位置的最大主應(yīng)力是21.3MPa，使巷道留下變形隱患[3]。（3）較差的圍巖巖性。該硐室圍巖主要是砂質(zhì)的泥巖，抗壓的強度不大，圍巖穩(wěn)定系數(shù)僅為0.2至0.7，屬于不穩(wěn)定圍巖的一種。此種圍巖強度較小，且易受溫度、濕度、水的影響，開挖后，圍巖的強度會急速下降，嚴(yán)重者甚至失去強度，致使變形、流變明顯。（4）支護的方式不合理。此硐室采用的支護方式是錨桿、錨索聯(lián)合支護，此種支護方法只能使用在變形量比較小、巖性比較好的硐室或者巷道中[4]。對于此種變形量較大的圍巖，圍巖破碎后，錨桿錨固力會下降，致使支護的阻力降低，直至全部喪失。

4 模擬分析大斷面硐室圍巖穩(wěn)定系數(shù)

本文例舉的大斷面硐室形狀是直墻半圓的拱形，斷面凈寬與凈高的乘積為7.9米×6米，墻高有2.05米，計算模型寬與高的乘積為70米×55米。硐室埋深度即將到達500米，基于這一點的考慮，模型上邊界與水平邊界進行自由的加載，荷載大小=覆巖自重（14.7MPa），假設(shè)下邊界是垂直移位的約束，對硐室注漿前與注漿后的圍巖力學(xué)參數(shù)進行設(shè)置。此次數(shù)值模擬一共對2個模型進行了建立：（1）錨桿與錨索聯(lián)合支護，錨桿的規(guī)格是Ф22毫米×2400毫米，間排距是700毫米×700毫米，鋼絞線錨索是17.8毫米×7500毫米。（2）錨噴注聯(lián)合支護，基于錨桿與錨索聯(lián)合支護，以成束錨索實施注漿，規(guī)格是3×Ф17.8毫米×12000毫米，1.5米的間排距，注漿后考慮強度有0.5倍的提升。

5 錨噴注聯(lián)合支護技術(shù)分析

基于以上分析，并對現(xiàn)場實際情況進行考慮，選用錨噴注聯(lián)合支護技術(shù)對圍巖實施加固，先用錨網(wǎng)與單根的錨索對圍巖進行加固，隨后再對U型的棚進行設(shè)置，實施全斷面噴漿，再應(yīng)用成束的錨索實施注漿。

5.1 錨噴支護的參數(shù)

對錨桿進行鉆孔時，從頂部開始，隨后過渡到肩部、兩幫，錨桿間排距控制為700毫米×700毫米，實施中心對稱的布置，每排26根左旋高強的無縱筋錨桿（Ф22毫米×2400毫米）進行布置，兩幫棚子腿上部與下部分別以兩根左旋高強的無縱筋錨桿（Ф22毫米×2400毫米）進行布置固定[5]。（1）架棚的支護。所用棚子為大拱形的棚子，型號是4.6米×3.2米，支架為U36型的大拱支架，梁、腿長度都是2.7米，500毫米的棚距。（2）混凝土的噴漿。所用水泥為PO42.5的硅酸鹽水泥，石子是粒徑在10毫米以下的碎石，沙子的粒徑在0.35至0.5毫米之間，控制含水量為4%至6%，速凝劑用量為水泥質(zhì)量的2.5%至4.0%。水泥體積：沙子體積：石子體積=1：2：2，C20的強度標(biāo)好標(biāo)準(zhǔn)，初噴時，厚度控制在50毫米以下，A斷面噴漿最終厚度控制為250毫米，B斷面為225毫米[6]。

5.2 錨索注漿的參數(shù)

錨索注漿孔上部每一排有5根，所用鋼絞線錨索為Ф17.8毫米×7500毫米，錨盤所用鋼板為200毫米×180毫米×20毫米，錨盤長軸平行于巷道方向，每根錨索拉力是200KN。對錨索進行鎖定后，外露長度控制是250毫米以下。下部每一排有8組成束的注漿錨索，型號是3×Ф17.8毫米×12000毫米，1.5米的間排距，完成注漿一周后，以上述要求為依據(jù)，以規(guī)格一致的錨盤對錨索進行鎖定，所用鎖定劑為樹脂藥卷，型號是Z2335，一根用6卷。

5.3 注漿加固的參數(shù)

實施注漿加固時，施工流程如下：第一，水泥、水；第二攪拌桶；第三，攪拌機；第四，注漿泵；第五，控制閥；第六，高壓管；第七，注漿的接頭；第八，注漿錨索；第九高壓注漿滲透圍巖[7]。

水泥漿水灰比例是1：1至0.8：1，添加CSA膨脹劑的量控制為水泥質(zhì)量的7%左右。水泥漿體積：細水玻璃體積=1：1，以巖石裂隙出現(xiàn)情況、砌體抗壓的能力對注漿的壓力進行選擇，一般為1.0至2.0MPa。

5.4 應(yīng)用效果分析

本文采用十字交叉的方法對絞車房的變形量、變形速度實施觀測，一共對三個觀測點進行了設(shè)置，發(fā)現(xiàn)硐室的兩幫大約有43毫米的移近量，底板、頂板共有21毫米的移近量，變形量呈現(xiàn)出逐步較小的趨勢，頂板、底板、兩幫每個月的變形量約為6毫米，硐室的變形基本趨于穩(wěn)定趨勢?？梢?，錨噴注聯(lián)合支護的技術(shù)可對硐室變形進行有效控制。

6 結(jié)語

本文例舉硐室原有支護可對兩幫產(chǎn)生水平方向的影響，此種影響不具規(guī)律性，致使較大應(yīng)力集中在底角處，這可能是U型鋼板變形的主要影響因素之一。本文采用錨噴注聯(lián)合支護的方法對原有支護進行優(yōu)化，結(jié)果顯示，圍巖處應(yīng)力的分布更具均勻性，兩幫水平應(yīng)力為9MPa，頂?shù)装鍎t為6MPa，兩垂直應(yīng)力達到了13MPa，頂?shù)装鍎t為6MP。與原來的支護方法對比，水平、垂直應(yīng)力都得到了顯著的改善，圍巖自身承載力得到了提升，圍巖變形得到了有效控制。

參考文獻：

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