井底變電所底板加固方案優(yōu)化

姜 明

（陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司一號(hào)煤礦， 陜西 黃陵 727307）

1 概況

陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司一號(hào)煤礦位于陜西省黃陵縣城西北約25km處，距店頭鎮(zhèn)1.5km。井田走向長(zhǎng)12～24km，傾斜寬11～16km，面積約197km2，礦井四號(hào)風(fēng)井位于工業(yè)場(chǎng)地東北方向約11.5km處。礦井井田地層由老至新依次有上三迭統(tǒng)延長(zhǎng)組、下侏羅統(tǒng)富縣組、下侏羅統(tǒng)延安組、中侏羅統(tǒng)直羅組、上侏羅統(tǒng)安定組、下白堊統(tǒng)六盤(pán)山群，第三系及第四系。2#煤層及3#煤層均位于延安組中下部，其中2#煤層平均厚度2.02m，全井田分布，為主要可采煤層，3#煤層部分分部，無(wú)開(kāi)采價(jià)值。2#煤層底板為泥巖及泥質(zhì)粉砂巖，局部遇水膨脹，易底鼓[1]。

四號(hào)風(fēng)井井底變電所設(shè)計(jì)服務(wù)年限為25年，采用炮掘施工。主體巷道采用鋼筋網(wǎng)+錨桿+錨索+噴砼+鋼筋混凝土聯(lián)合支護(hù)，全斷面掛Φ6mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)孔50×50mm，錨桿規(guī)格為Φ20×2500mm，間排距均為800×800mm，菱形布置，每孔3節(jié)MSK2335型樹(shù)脂；錨索鋼絞線規(guī)格為Φ17.8×8300mm，間排距1200×1200mm，一排五索，每孔3節(jié)MSK2370型樹(shù)脂；底板加固采用混凝土支護(hù)方式，砼強(qiáng)度C25。原變電所原底板加固斷面圖如圖1。

圖1 原變電所原底板加固方案斷面圖

2 變電所底板加固方案優(yōu)化

2.1 底板加固方案

考慮到底板加固采用砼支護(hù)的方式為被動(dòng)支護(hù)，為保證井底變電所使用安全及服務(wù)年限，優(yōu)化井底變電所底板加固方案，確定采用錨桿+錨索+混凝土聯(lián)合加固方式的方案。錨桿規(guī)格為Φ20×2500mm，間排距為800×800mm，菱形布置，巷道兩底角錨桿角度為75°，錨固采用水泥砂漿全錨，水泥砂漿配合比為水∶水泥=2：1（體積比）；錨索梁長(zhǎng)度3.6m，采用16#槽鋼加工，排距1.6m，一梁三索，錨索鋼絞線規(guī)格為Φ17.8×8300mm，錨固采用水泥砂漿全錨,水泥砂漿配合比為水∶水泥=2：1（體積比）；加固完成后巷道中部澆筑C25砼地坪，厚度300mm，主體巷道支護(hù)參數(shù)不變。變電所底板加固優(yōu)化方案斷面圖如圖2。

圖2 變電所底板加固優(yōu)化方案斷面圖

2.2 錨索梁加工

錨索梁采用16#槽鋼加工，排距1.6m，一梁三索，錨索梁在長(zhǎng)寬面中部鉆矩形孔，鉆孔規(guī)格為100mm×20mm，鉆孔處用10mm×150mm×130mm鋼托板在槽鋼內(nèi)焊接加固，錨索梁加工圖如圖3所示。錨索采用Φ17.8×8300mm，錨固采用水泥砂漿全錨,水泥砂漿配合比為水：水泥=2：1（體積比）。

圖3 錨索梁加工圖

2.3 錨索長(zhǎng)度及錨固長(zhǎng)度校核

懸吊作用理論認(rèn)為錨索是將下部不穩(wěn)定巖層懸掛在上部穩(wěn)定巖層之下，限制不穩(wěn)定巖層的位移。同時(shí)，因?yàn)殄^索能施加較大的預(yù)緊力，可擠壓和密實(shí)巖層中層理、節(jié)理裂隙等不連續(xù)面，增加不連續(xù)面支架的摩擦力，從而提高圍巖的整體強(qiáng)度。底板加固采用錨索支護(hù)雖然與上述理論方向相反，但是原理相同，以下將據(jù)此校核。

錨索長(zhǎng)度：L=La+Lb+Lc+Ld

式中：

L-錨索總長(zhǎng)度，m；

La-錨固深入到穩(wěn)定巖層的錨固長(zhǎng)度，m；

式中：

K-安全系數(shù)，一般取2；

d1-錨索鋼絞線直徑，mm，取17.8mm；

fa-錨索抗拉強(qiáng)度，取1860N/mm2（根據(jù)17.8mm鋼絞線檢測(cè)報(bào)告取值）；

fc-錨索與錨固劑的粘合強(qiáng)度，一般取10N/mm2；

La≥1.7m

Lb-需被懸吊的不穩(wěn)定巖層厚度，m，取2.2m（根據(jù)四號(hào)風(fēng)井近井鉆孔圖所示）；

Lc-錨索鋼托板及錨具厚度，取0.05m；

Ld-錨索外露張拉長(zhǎng)度，取0.25m；

L≥4.2m

通過(guò)上述計(jì)算得出錨索鋼絞線錨固長(zhǎng)度取8000m可行，即錨索鋼絞線總長(zhǎng)度取8300m可行。

2.4 錨索間排距校核

錨索間排距：

式中：

N-錨索間排距，m；

n-錨索排數(shù)，取1；

B-巷道最大底鼓寬度，取巷道凈寬度6.0m；

H-巷道最大底鼓高度，取2.2m（按不穩(wěn)定巖層厚度考慮）；

γ-巖體容重，取24kN/m3（根據(jù)四號(hào)風(fēng)井近井鉆孔圖所示）；

L1-錨桿間、排距，取0.8m；

F1-錨桿錨固力，取98kN（設(shè)計(jì)錨固力）；

F2-錨索極限承載力，取360kN（根據(jù)17.8mm鋼絞線檢測(cè)報(bào)告取值）；

θ-錨桿與巷道頂板夾角，90°。

考慮巷道寬度及計(jì)算結(jié)果得出錨索間排距為1600mm×1600m可行。

2.5 每排錨索根數(shù)校核

每排錨索根數(shù)：

式中：

n-每排錨索根數(shù)；

T-錨索承載范圍內(nèi)底鼓巖石總重量，t；

T=KSHγ

式中：

K-安全系數(shù)，一般取2；

S-錨索梁承載總面積，m2；

式中：

B-巷道凈寬度，取6m；

b-錨索梁承載寬度，取4m；

S=12m2

H-巷道最大底鼓高度，取2.2m；

γ-巖體容重，取1.5t/m3（根據(jù)四號(hào)風(fēng)井近井鉆孔圖所示）。

T=2×12×2.2×1.5=79.2t

W—錨索破斷載荷，取360kN；

n=T/W=79.2/360=0.22

通過(guò)計(jì)算結(jié)果得出每排錨索根數(shù)為3根是合理的。

經(jīng)過(guò)上述校核計(jì)算，設(shè)計(jì)采用錨桿+錨索+混凝土聯(lián)合加固方式的方案可行。

3 底板加固工藝

根據(jù)四號(hào)風(fēng)井井底變電所施工先后順序，待主體巷道掘進(jìn)及支護(hù)完成后進(jìn)行底板加固施工。底板加固采用先清理巷道底板，然后進(jìn)行錨桿+錨索支護(hù)，最后進(jìn)行混凝土澆筑的方式進(jìn)行加固。

3.1 錨桿支護(hù)

（1）施工錨桿眼。施工前，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求采用自噴漆標(biāo)識(shí)錨桿眼位，然后采用地錨機(jī)施工錨桿眼。錨桿眼深度及角度必須符合設(shè)計(jì)要求。錨桿眼施工完成后，必須清理眼內(nèi)巖渣、積水。

（2）注漿。為錨固錨桿，并封閉錨桿眼位周?chē)鷰r體節(jié)理及裂隙，采用注漿泵向錨桿眼內(nèi)注射水泥砂漿，水泥砂漿體積配合比為水∶水泥=2：1。

（3）安裝錨桿。將錨桿裝入錨桿眼內(nèi)，使錨桿頂住眼底，錨桿外端套上拖盤(pán)及螺帽。等待眼內(nèi)水泥砂漿初凝后，采用加力扳手緊固錨桿，并采用錨桿拉力計(jì)檢測(cè)錨桿錨固力是否達(dá)到設(shè)計(jì)值（錨桿錨固力設(shè)計(jì)值為15t）。

3.2 錨索支護(hù)

（1）施工錨索眼。施工前，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求采用自噴漆標(biāo)識(shí)錨索眼位，然后采用地錨機(jī)施工錨索眼。錨索眼深度及角度必須符合設(shè)計(jì)要求。錨索眼施工完成后，必須清理眼內(nèi)巖渣、積水。

（2）注漿。為錨固錨索，并封閉錨索眼位周?chē)鷰r體節(jié)理及裂隙，采用注漿泵向錨索眼內(nèi)注射水泥砂漿。水泥砂漿體積配合比為水∶水泥=2∶1。

（3）安裝錨桿。將錨索裝入錨桿眼內(nèi)，使錨索頂住眼底，錨索外端套上錨索梁及鎖具。等待眼內(nèi)水泥砂漿初凝后，采用錨索張拉機(jī)具緊固錨桿，并采用錨索拉力計(jì)檢測(cè)錨索錨固力是否達(dá)到設(shè)計(jì)值（錨桿錨固力設(shè)計(jì)值為23t）。

4 加固效果對(duì)比

北二避難硐室與四號(hào)風(fēng)井井底變電所斷面基本一致，采用的是原四號(hào)風(fēng)井井底變電所底板加固方案，即采用混凝土加固方式。測(cè)量其底板收斂情況，并與四號(hào)風(fēng)井井底變電所的相關(guān)情況進(jìn)行對(duì)比，如表1所示。

表1 四號(hào)風(fēng)井井底變電所與北二避難硐室底板收斂情況對(duì)比明細(xì)表

通過(guò)對(duì)比得出，工程竣工投入使用后，錨桿+錨索+混凝土聯(lián)合加固與單一混凝土加固方式相比，減少了巷道變形量及維護(hù)次數(shù)，使巷道由原被動(dòng)支護(hù)優(yōu)化為主動(dòng)支護(hù)，巷道底板整體加固效果更加突出，使巷道圍巖保持良好的加固狀態(tài)，滿(mǎn)足使用安全及服務(wù)年限的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

黃陵一號(hào)煤礦四號(hào)風(fēng)井井底變電所采用錨桿+錨索+混凝土聯(lián)合加固替代單一混凝土加固的方案，減少了巷道變形量，巷道底板整體加固效果更加突出，改善了巷道長(zhǎng)期服務(wù)過(guò)程中底板因單一混凝土加固而變形的現(xiàn)象，避免和消除了巷道底板失穩(wěn)的不良影響，取得了良好的應(yīng)用效果。該方案可以在服務(wù)年限較長(zhǎng)的巷道、硐室底板加固及遇水膨脹、易底鼓、需及時(shí)維護(hù)的地質(zhì)條件下推廣應(yīng)用。