中央變電所優(yōu)化維修加固設計技術應用

白曉生

（山西汾西香源煤業(yè)有限責任公司， 山西 交城 030500）

引言

香源煤業(yè)中央變電所布置于2號煤層中，北鄰1200工作面（已采），南部為未采區(qū)，西鄰材料斜井，東部為整合前小窯空巷，下部為采區(qū)回風下山，上部無采掘活動，見圖1。中央變電所采用“錨網(wǎng)噴+錨索”聯(lián)合支護。但在附近有采掘活動后，礦壓進一步增大，同時受1200工作面采動影響嚴重，中央變電所出現(xiàn)了較為嚴重的變形顯現(xiàn)，曾多次組織維修，變電所仍不能正常運行。鑒于以上經(jīng)驗，采用先釋放壓力，后對變電所進行優(yōu)化修復、加固，有效地控制了變形的再發(fā)生。

圖1 香源煤業(yè)中央變電所四鄰關系圖

1 中央變電所變形概況

香源煤業(yè)中央變電所底鼓現(xiàn)象較為典型。當中央變電所出現(xiàn)變形后，主要表現(xiàn)為局部墻體鼓脹、底板混凝土出現(xiàn)裂縫并隆起、兩幫移近、噴層開裂、防火門不能關閉等現(xiàn)象，兩幫移近量最大為50.8 mm/月，底鼓量在420 mm左右，平均達到230～300 mm。變電所按常規(guī)修復后時間不長又出現(xiàn)了與原先類似的變形。

2 中央變電所變形原因

2.1 自然條件

由于中央變電所的直接頂為砂質(zhì)泥巖，底板為泥巖，局部地段相變?yōu)樯百|(zhì)泥巖，頂板巖層層理、節(jié)理發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造斷層較多，造成巷道頂、幫圍巖穩(wěn)定性差。

2.2 開采條件

臨近1200工作面已采完，上附近整合前采區(qū)軌道下山正下方存在小窯空巷，再加上采區(qū)回風下山為老巷。這些巷道支護方式簡單、長期失修，抗變形能力較低，造成老巷圍巖應力多次反復失衡，使中央變電所處于高壓區(qū)。

3 原支護方案及存在的主要問題

中央變電所斷面形狀為直墻半圓拱形，墻高2.4m，凈寬4.8 m，凈高4.8 m，原支護采用“錨網(wǎng)噴+錨索”聯(lián)合支護，噴漿厚度250 mm，錨桿間排距800 mm×800 mm，錨索間排距為1 600 mm×1 600 mm，呈矩形布置，全斷面鋪設由Φ6.5 mm的鋼筋制成，網(wǎng)幅為2 m×1 m，網(wǎng)格為70 mm×70 mm的鋼筋網(wǎng)片支護。由于變電所布置于2號煤層頂?shù)装甯浇皵鄬悠扑閹?，圍巖巖性差、強度低，采用單一的錨網(wǎng)噴支護系統(tǒng)很難有效維護硐室穩(wěn)定，修復時仍采用常規(guī)的加固修復方案，支護效果不佳。

4 優(yōu)化維修加固方案設計

針對以往經(jīng)驗和工程類比法多方案的比較，采用先釋放壓力和硐室變形量反復平衡后，考慮到硐室的服務期及重要性，決定采取中央變電所主體硐室局部地段變形處頂幫采用錨網(wǎng)噴修復，底板采用起底硬化修復作為硐室加固修復的輔助方案。重點對中央變電所以北的采區(qū)軌道下山正下方小窯舊巷進行混凝土充填后，再對中央變電所下部的采區(qū)回風下山進行“錨網(wǎng)棚（帶底拱）+澆筑”聯(lián)合支護方式處理。

5 維修加固工序

1）中央變電所附近無采掘活動，間隔時間為2年，以使中央變電所所受動壓穩(wěn)定后，不再受采動影響，從而恢復原設計斷面。

2）中央變電所內(nèi)部先采用處理脫皮、幫鼓，松幫釋放側(cè)壓。然后補打錨桿掛網(wǎng)噴漿，封閉圍巖，防止風化。

3）起底，清除底鼓量。底板澆筑硬化時巷道中間預留200 mm×200 mm的伸縮縫，兼做水溝，以釋放底板巖層的應力。

4）對變電所外部的采區(qū)軌道下山正下方小窯舊巷采用打眼預注漿充填方式處理。由于采區(qū)軌道下山底板與舊巷頂板間距最大為4.6 m，在采區(qū)軌道下山的軌道左右兩側(cè)用鉆機施工兩列充填眼，孔徑Φ94 mm，充填眼距左右?guī)透?.5 m，充填眼呈“三花”型垂直向下布置，眼距為3m，深度根據(jù)實際探通間距為準。共計施工充填孔50個。充填采用噴漿機將噴漿管伸入充填眼內(nèi)充填混凝土（混凝土為汾西礦業(yè)集團水泥廠生產(chǎn)噴漿料）對舊巷進行充填。充填時第一個充填眼注滿填實后，方可充填下一充填眼。充填過程中將水灰質(zhì)量配比為1∶1，稀釋混凝土并能夠充分填實舊巷。

5）重點對中央變電所下部的采區(qū)回風下山采取挑頂、擴幫、拉底改造，在保證通風斷面的情況下，采用“錨網(wǎng)＋29U型鋼拱棚＋混凝土澆筑”進行聯(lián)合支護。錨桿選用Φ20 mm×2 000 mm左旋螺紋鋼，采用垂直于巷道輪廓線布置，間排距為900 mm×900 mm。全斷面鋪設由Φ6.5 mm的鋼筋焊接成的網(wǎng)格100 mm×100mm，網(wǎng)幅1 m×2 m的鋼筋網(wǎng)片。拱型鋼棚選擇凈寬2.7 m（R=1.35 m）的3節(jié)半圓拱形直腿可收縮性29U型鋼拱棚支護，棚距800 mm（中對中），柱窩深200 mm，為防止底鼓在底部增設一組29U型鋼特制底拱與兩側(cè)拱腿相搭接，形成全斷面封閉式支護。棚設計6道拉鉤，拉鉤采用圓鋼（730 mm×18 mm），拱節(jié)間搭接長度為400 mm，用8道卡攬固定，并在兩側(cè)拱腿上加焊限位塊用以固定底拱，拱架后全斷面鋪設砼背板，選用長×寬×厚=1 200 mm×150 mm×60 mm砼背板花背。全斷面一次澆筑厚度200 mm，底板澆筑厚度400 mm，砼設計強度為C30。澆筑結(jié)束后要進行養(yǎng)護28 d，前7 d每班灑水養(yǎng)護1次，后21 d每天灑水養(yǎng)護1次。此支護結(jié)構(gòu)優(yōu)點是用錨桿作為一次支護的同時，用29U型鋼棚作為二次支護，再用混凝土澆筑連為整體，具有“先柔后鋼”特性，既確保了采區(qū)回風下山的穩(wěn)定性，又保證了中央變電所的安全性。

6 維修加固效果監(jiān)測

維修前，對中央變電所進行了布點觀測，觀測時間為24個月，每10 d觀測一次，最大每月頂?shù)装逡平?6.4 mm/月，兩幫移近量30.8 mm/月，于第5～16月變形最大，于第20個月開始基本趨于平穩(wěn)。

經(jīng)過優(yōu)化維修加固后，對中央變電所進行了長達12個月布點觀測，通過布點觀測，每15 d觀測一次，最大每月頂?shù)装逡平繛?.012 mm/月，兩幫最大移近量0.034 mm/月。于第1—5月變形最大，于第9個月中央變電所變形量已基本為零，在觀測時間段內(nèi)沒有出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，達到了支護設計要求。

7 結(jié)論

1）針對變形巷道，應綜合分析變形因素，找出主導因素，對癥采取措施治理。

2）處理服務年限較長的變形巷道，最好采用先釋放壓力，再選擇維修加固方案；采用“錨網(wǎng)＋29U型鋼拱棚＋混凝土澆筑”聯(lián)合支護方式可以有效控制圍巖變形，降低變形速度，使圍巖形成新的承載結(jié)構(gòu)，具有“先柔后鋼”的特性。將松動巖體與深部穩(wěn)定巖體融為一體的被動支護，提高了巷道的抗災變形能力，從而達到巷道長期使用和降低返修率的目的。

3）有效解決了在動壓影響下巷道支護的難題，為深部開采及礦壓復雜條件下的大斷面巷道支護提供了寶貴的實踐經(jīng)驗，有很好的推廣價值。

（編輯：趙婧）