二次錨網(wǎng)噴+錨索復(fù)合支護(hù)技術(shù)在礦井主排水泵房大斷面硐室的應(yīng)用

劉建林，陳加更

(陜西華電榆橫煤電有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000)

二次錨網(wǎng)噴+錨索復(fù)合支護(hù)技術(shù)在礦井主排水泵房大斷面硐室的應(yīng)用

劉建林，陳加更

(陜西華電榆橫煤電有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000)

小紀(jì)汗煤礦井下主排水泵房原設(shè)計(jì)支護(hù)方案施工工序復(fù)雜、施工工期較長(zhǎng)、工程造價(jià)較高，嚴(yán)重影響礦井建井工期和投資回收。對(duì)井下主排水泵房、水倉(cāng)支護(hù)工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，在滿足規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，提出了二次錨網(wǎng)噴+錨索復(fù)合支護(hù)技術(shù)。礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：該支護(hù)方案滿足了硐室支護(hù)要求，保證了錨桿和錨索支護(hù)的支護(hù)質(zhì)量，形成了適合小紀(jì)汗煤礦水泵房大斷面復(fù)雜巷道的支護(hù)系統(tǒng)，有效控制了硐室圍巖變形與破壞。

大斷面硐室；二次錨網(wǎng)噴；錨索；支護(hù)方案

0 引言

小紀(jì)汗煤礦井下主排水泵房原設(shè)計(jì)掘進(jìn)高度為8 920 mm，掘進(jìn)寬度為6 040 mm，斷面設(shè)計(jì)較大，采用錨網(wǎng)噴+鋼筋混凝土砌碹復(fù)合支護(hù)方案。永久混凝土砌碹支護(hù)工序較復(fù)雜，工期較長(zhǎng)，工程投資較大；同時(shí)，巷道設(shè)計(jì)高度較高，混凝土砌碹上料比較困難，砌碹接頂支護(hù)難度較大。為此，小紀(jì)汗煤礦對(duì)井下主排水泵房、水倉(cāng)支護(hù)工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，在滿足規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，提出了水泵房大斷面采用二次錨網(wǎng)噴支護(hù)方式：錨網(wǎng)噴一次支護(hù)防止圍巖分化，積極控制巷道頂板圍巖，二次支護(hù)再次加強(qiáng)支護(hù)[1]。

1 硐室頂板巖性條件及錨網(wǎng)噴適應(yīng)性分析

硐室位置煤層平均厚度為2.3 m，硐室底板處于煤層底部，根據(jù)水泵房附近SK1610f鉆孔可知：煤層頂板直接頂巖性為淺灰色厚層狀泥巖，水平層理比較發(fā)育，與下層明顯接觸，巖石質(zhì)量指標(biāo)(RQD)為50.0%；老頂主要為淺灰色中粒長(zhǎng)石砂巖，分選性中等，孔隙式泥質(zhì)膠結(jié)，RQD大于81.1%，巖層厚度大于10 m，巖層穩(wěn)定性較好。根據(jù)實(shí)際揭露情況，主排水泵房圍巖下部為2煤，2煤以下為細(xì)粒砂巖，上部主要為中粒砂巖，中間夾泥巖層。硐室頂板置于煤層老頂巖層，頂板結(jié)構(gòu)完整，巖石穩(wěn)定性較好。巷道頂板無(wú)淋水現(xiàn)象，能夠保證硐室頂板支護(hù)完成后不會(huì)出現(xiàn)滴水，支護(hù)表面不會(huì)出現(xiàn)濕漬和水珠等。從硐室頂板巖性特征、巖體結(jié)構(gòu)面特征、巖石完整性、巖石抗壓強(qiáng)度等方面分析，水泵房適合錨網(wǎng)支護(hù)，并幫、頂部采用錨索加強(qiáng)支護(hù)；同時(shí)，為防止后期受采動(dòng)影響而造成導(dǎo)通含水層，進(jìn)一步導(dǎo)致硐室頂板淋水，噴漿材料中增加防水劑。

2 巷道支護(hù)具體方案

2.1 硐室一次錨網(wǎng)噴支護(hù)方案

硐室一次支護(hù)采用?20.0 mm×2 400 mm型左旋無(wú)縱筋螺紋錨桿，配合使用高強(qiáng)度螺母、調(diào)心墊。錨桿采用150 mm×150 mm×10 mm拱形高強(qiáng)度托盤，錨固方式為加長(zhǎng)錨固，錨固長(zhǎng)度為1 300 mm，采用K2335和Z2360錨固劑各1支。錨桿間排距為800 mm×800 mm，錨桿采用扭矩倍增器預(yù)緊，預(yù)緊力矩為400 N·m。金屬網(wǎng)采用?6.5mm的Q235鋼筋制作，網(wǎng)格尺寸為120 mm×120 mm，金屬網(wǎng)在安裝錨固時(shí)裝好。錨索采用?17.8 mm×6 300 mm的鋼絞線制作，錨索錨固力應(yīng)不低于200 kN，每根錨索選用5卷MSZ28/35型樹脂藥卷，托盤用300 mm×300 mm×16 mm拱形高強(qiáng)托盤，錨索間距為2 000 mm，排距為3 200 mm。巷道幫部煤層段錨索布置間距為800 mm，煤層上部砂巖錨索布置間距為2 700 mm。巷道頂板、幫部每排布置5根錨索，混凝土初次噴射厚度為100 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。

2.2 硐室二次錨網(wǎng)噴支護(hù)方案

硐室二次加強(qiáng)支護(hù)采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，錨桿采用?18.0 mm×2 100 mm右旋螺紋鋼筋制作，托板采用Q235鋼制作的150 mm×150 mm×8 mm拱形托盤，錨桿間距為1 600 mm，排距為2 000 mm，錨桿錨固力不低于50 kN；每根錨桿使用MSZ28/35型樹脂藥卷3卷；金屬網(wǎng)采用?6.5 mm的Q235鋼筋制作，網(wǎng)格尺寸為150 mm×150 mm?；炷炼螄娚浜穸葹?00 mm，總計(jì)噴射厚度為200 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。

3 巷道支護(hù)工藝

(1)巷道支護(hù)工藝流程：掘進(jìn)→處理活矸出渣→鋪金屬網(wǎng)→臨時(shí)支護(hù)→安裝錨桿→停止攪拌并等待1 min左右→用扭矩倍增器擰螺母→錨索支護(hù)→噴漿→噴漿養(yǎng)護(hù)→二次補(bǔ)強(qiáng)掛網(wǎng)→補(bǔ)強(qiáng)錨桿安裝→停止攪拌并等待1 min左右→用扭矩倍增器擰錨桿→噴漿→噴漿成巷。

(2)錨桿施工工藝流程：錨桿機(jī)打孔→壓風(fēng)清孔→鉆孔內(nèi)裝入樹脂藥卷→鉆孔內(nèi)裝入錨桿→充分?jǐn)嚢铇渲幘怼却? min→托盤安裝→用扭矩倍增器擰螺母→施工其他錨桿。

(3)錨索施工工藝流程：錨桿機(jī)打孔→壓風(fēng)清孔→鉆孔內(nèi)裝入樹脂藥卷→鉆孔內(nèi)裝入鋼絞線→充分?jǐn)嚢铇渲幘怼却? min→托盤安裝→用氣動(dòng)錨索張緊機(jī)具張緊錨索→施工其他錨索。

4 礦壓監(jiān)測(cè)方案

4.1 巷道表面位移觀測(cè)

巷道表面位移觀測(cè)采用表面位移監(jiān)測(cè)斷面的方式，在硐室全斷面范圍內(nèi)的頂?shù)住⒌装寮皟蓭椭胁看怪狈较虼蚩撞贾媚緲?，木樁必須固定牢靠，不?huì)隨巷道變形而發(fā)生位移，然后在木樁端頭釘上測(cè)釘，以方便測(cè)量。檢測(cè)斷面沿巷道軸向間隔1.0 m均勻布置。主要通過(guò)A，B點(diǎn)之間拉線繩和C，D點(diǎn)之間拉線繩進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測(cè)，分別測(cè)定AB，CD，OA，OB，OC，OD的距離(如圖1所示)。每天觀測(cè)1次距掘進(jìn)工作面10 m之內(nèi)的數(shù)據(jù)，其他地點(diǎn)測(cè)量周期為每周1～2次。

圖1 巷道表面位移觀測(cè)斷面

4.2 頂板離層儀監(jiān)測(cè)

頂板離層監(jiān)測(cè)選用雙基點(diǎn)頂板離層儀：深部基點(diǎn)設(shè)置在錨索端頭，測(cè)試深度為6 000 mm；淺部基點(diǎn)設(shè)置在錨桿端頭，測(cè)試深度為2 350 mm。

4.3 錨桿、錨索受力監(jiān)測(cè)

錨桿、錨索受力監(jiān)測(cè)分別采用MC-500B，MC-500A型測(cè)力計(jì)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，在整個(gè)泵房硐室內(nèi)頂板布置3個(gè)MC-500A錨索測(cè)力計(jì)和8個(gè)MC-500B錨索測(cè)力計(jì)。

5 礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

5.1 錨桿受力監(jiān)測(cè)

錨桿的預(yù)緊力為40～70 kN，隨著掘進(jìn)的推進(jìn)，錨桿受力逐漸增加，頂錨桿受力穩(wěn)定在70～90 kN，幫錨桿受力穩(wěn)定在50 kN左右。頂錨桿受力為錨桿屈服極限的50%～67%。通過(guò)錨桿受力監(jiān)測(cè)，得出錨桿受力監(jiān)測(cè)曲線，如圖2所示。

圖2 錨桿受力監(jiān)測(cè)曲線

從圖2可以看出：初始預(yù)緊力較大的錨桿，受力變化幅度較小且能較快穩(wěn)定；初始預(yù)緊力較小的錨桿，受力持續(xù)增長(zhǎng)，受力變化幅度大，容易出現(xiàn)破斷。

5.2 錨索受力監(jiān)測(cè)

由圖3所示的錨索受力監(jiān)測(cè)曲線可以看出，錨索初始張拉力離散性較小，基本集中在90～120 kN，與設(shè)計(jì)要求的250～300 kN有一定的差距，究其原因主要為：(1)錨索張拉過(guò)程中存在一定的理論損失；(2)張拉機(jī)具、索具間不匹配性；(3)錨索張拉機(jī)具的張拉功率偏低。隨著圍巖的變形，錨索的工作阻力維持在120～170 kN且逐步平穩(wěn)，說(shuō)明錨索對(duì)巷道圍巖起到了很好的約束作用，保證了圍巖的完整性，充分發(fā)揮了圍巖的自承載能力。

圖3 錨索受力監(jiān)測(cè)曲線

5.3 巷道表面位移

從圖4所示的巷道圍巖表面位移曲線可以看出：硐室左幫部巷道移近量穩(wěn)定在10 mm左右，右?guī)筒肯锏酪平孔畲鬄?6 mm，頂板下沉量穩(wěn)定在3 mm，巷道底鼓量為19 mm左右。由此可見，巷道移近量主要表現(xiàn)為底鼓量?？紤]到移近量檢測(cè)誤差的影響，支護(hù)后巷道圍巖未受到明顯影響，無(wú)明顯變形，圍巖變形得到有效控制，支護(hù)效果較好。

圖4 巷道圍巖表面位移曲線

5.4 巷道頂板離層

從圖5所示的頂板離層監(jiān)測(cè)曲線可以看出：觀測(cè)點(diǎn)處巷道淺部基點(diǎn)檢測(cè)離層值為1.8 mm左右，深部基點(diǎn)檢測(cè)離層值為2.0 mm左右，總離層值為4.0 mm左右。由此可以看出，二次錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)能夠有效控制硐室變形及頂板巖層離層，硐室支護(hù)穩(wěn)定可靠。

5.5 支護(hù)效果分析

采用高強(qiáng)錨桿、高強(qiáng)度螺母、調(diào)心墊等新材料和扭矩倍增器，同時(shí)采用二次錨網(wǎng)噴支護(hù)技術(shù)，巷道變形量較小，頂板、兩幫變形量只有16 mm左右，頂板總離層值不超過(guò)4 mm?？梢?，使用高預(yù)緊力錨桿錨索支護(hù)系統(tǒng)及配套新材料能夠有效地控制巷道變形，避免了圍巖變形過(guò)大帶來(lái)的噴漿開裂現(xiàn)象，支護(hù)效果良好。

圖5 頂板離層監(jiān)測(cè)曲線

6 結(jié)論

針對(duì)小紀(jì)汗煤礦特殊的煤層裂隙發(fā)育地質(zhì)條件，主排水泵房大斷面硐室采用以高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散為核心的支護(hù)理論，二次錨網(wǎng)噴+錨索復(fù)合支護(hù)技術(shù)采用新型錨桿支護(hù)材料，配套護(hù)表構(gòu)件，滿足了硐室支護(hù)要求；采用扭矩倍增器和液壓錨索張拉機(jī)具等新設(shè)備，保證了錨桿和錨索支護(hù)的支護(hù)質(zhì)量，形成了適合小紀(jì)汗煤礦水泵房大斷面復(fù)雜巷道的支護(hù)系統(tǒng)，有效控制了硐室圍巖變形與破壞。此支護(hù)方案與混凝土砌碹方案相比，工期可縮短約2個(gè)月。

[1]馮志棠.建筑工程深基坑開挖與支護(hù)施工工藝研究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2014(11):80-81.

(本文責(zé)編：劉芳)

劉建林(1984—)，男，陜西榆林人，工程師，從事礦井通風(fēng)、采掘管理方面的工作(E-mail:xkliujianlin@126.com)。

TD 353

B

1674-1951(2017)11-0030-03

2017-09-11；

2017-10-16