雙層底拱在深部軟巖巷道底板治理中的應(yīng)用

孫兆凱 馬永祿

（山東能源集團(tuán)龍礦集團(tuán)阿爾巴斯二礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

1 概況

龍口礦區(qū)梁家煤礦屬于典型的“三軟”地層，礦壓顯現(xiàn)明顯，工程穩(wěn)定性極差。煤4 六采軌道中部車(chē)場(chǎng)反底拱工程，是直接影響到煤4六采區(qū)通風(fēng)、采煤面排水和生產(chǎn)接續(xù)的重點(diǎn)工程。巷道經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間收斂變形，巷道最小處斷面為B×H=2000×3000 mm 的不規(guī)則形狀，最大處斷面為B×H=3000×3300 mm 類似直墻半圓形斷面。其基礎(chǔ)支護(hù)形式為一次支護(hù)錨網(wǎng)噴、錨梁支護(hù)，二次支護(hù)灌注、U29 鋼棚并施工料石反底拱。原料石反底拱工藝為：按照設(shè)計(jì)尺寸開(kāi)挖反底拱輪廓—整平夯實(shí)底板—鋪設(shè)50 mmC10 砂漿作為底灰—擺放料石—C10 砂漿灌實(shí)灰縫—回填底拱至地坪。該工藝施工的底拱反復(fù)破壞，嚴(yán)重影響了提升運(yùn)輸安全和生產(chǎn)接續(xù)，且消耗了大量的人力物力。如何利用現(xiàn)有的材料，提高工程質(zhì)量，加強(qiáng)底拱強(qiáng)度，解決底拱反復(fù)破壞，成為礦井研究的課題。

2 底鼓原因分析

（1）煤4 六采區(qū)深部巷道標(biāo)高-660～ -720 m之間，巷道深，構(gòu)造應(yīng)力大。受?chē)鷰r應(yīng)力影響，巷道變形嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為頂板正常、兩幫內(nèi)擠、巷道底鼓嚴(yán)重。

（2）煤4 六采區(qū)巷道處于含油泥巖巖層中，巷道穩(wěn)定性差，巖石硬度低，支撐性極差。

（3）煤4 六采區(qū)下部水倉(cāng)涌水，造成底板含水泥化，泥巖遇水膨脹，快速底鼓。

3 料石灌注反底拱支護(hù)設(shè)計(jì)及施工

（1）料石灌注反底拱設(shè)計(jì)方案

① 首先噴射50 mm 厚C20 砼，然后鋪設(shè)一層金屬網(wǎng)，再噴射50 mm 厚C20 砼，作為基礎(chǔ)層。通過(guò)100 mm 的混凝土鋼筋?yuàn)A層為料石底拱打下一個(gè)基礎(chǔ)。

② 擺放反底拱料石（同時(shí)按間距1000 mm 豎插1 根MSGLD-335/18×1000 螺紋鋼錨桿），鋪設(shè)料石底拱。

③ 距離料石上平300 mm 處按反底拱弧度掛設(shè)1 層Φ4 金屬網(wǎng)（上好鐵盤(pán)、螺帽）成型，最后灌注300 mmC25 砼，構(gòu)筑底拱加強(qiáng)層。同時(shí)在墻基下按間距800 mm 擺放22 kg/m 道軌，在道軌上鋪設(shè)行人大板，然后鋪設(shè)道軌行車(chē)。

料石灌注底拱設(shè)計(jì)圖如圖1 所示。

圖1 料石灌注底拱設(shè)計(jì)圖

（2）料石灌注底拱施工方法

首先按設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行臥底，出凈矸石，找出反底拱荒斷面輪廓并整平夯實(shí)，然后在底拱底部噴上50 mm 的噴漿料，再沿底拱中心線向兩側(cè)碼放料石，料石碼放至底拱的腮部。統(tǒng)一使用噴漿機(jī)噴漿，兩腮以上料石邊打噴漿料邊碼放料石，嚴(yán)禁統(tǒng)一碼放料石集中噴機(jī)噴料。料石底拱施工完后，在料石底拱上部噴射50 mm 的噴漿料，料石要插入巷道一次支護(hù)巷道底腳內(nèi)，料石與墻基處用噴漿機(jī)噴實(shí)。

在碼放料石的同時(shí)，在底拱底部自中間向兩側(cè)每隔1 m 豎插1 根MSGLD-335/18×1000 的螺紋鋼錨桿，不用藥卷錨固。底拱正中豎插1 根，向兩側(cè)各1 m 均勻布置1 根錨桿，錨桿前后排距350 mm，錨桿保證在灌注完后外漏100～200 mm。料石上部用噴漿料噴射完后，在料石底拱往上300 mm 位置鋪設(shè)一層鋼筋網(wǎng)。該鋼筋網(wǎng)利用底拱內(nèi)的錨桿用鐵盤(pán)壓實(shí)并用鐵絲纏繞固定，然后再在料石底拱和金屬網(wǎng)間灌注300 mm 的灌注料，然后回填矸子到地坪。

為保證水倉(cāng)水泵失效后水淹巷道時(shí)巷道支護(hù)質(zhì)量，制定了以下方案：施工至水倉(cāng)下口，灌注底拱施工完后，不回填地坪，鋪設(shè)底拱的同時(shí)在墻基下預(yù)埋（型號(hào)為22～24 kg/m）鐵軌。鐵軌伸入兩墻基不少于500 mm，前后間距800 mm。在道軌上順巷密集鋪設(shè)（寬度為200 mm，厚度為50 mm）大板，然后在大板上鋪設(shè)道木和鐵軌。

4 應(yīng)用效果

4.1 巷道變化速率對(duì)比

采用傳統(tǒng)工藝反底拱巷道變化量和變化速率，如圖2、圖3 所示。

圖2 料石灌注底拱實(shí)施前巷道變化量

圖3 料石灌注底拱實(shí)施前巷道變化速率

經(jīng)過(guò)在施工中的反復(fù)檢查和控制，影響底拱施工質(zhì)量的各種因素完全得到了控制，底拱質(zhì)量顯著提高，材料消耗明顯下降。相同條件、斷面、工藝下的底拱質(zhì)量對(duì)比可以看出，該底拱自實(shí)施以來(lái)至今未出現(xiàn)煤4 六采軌道下山30#前后段20 m 那樣的破壞程度。施工料石灌注底拱后巷道變化量和變化速率，如圖4、圖5 所示。

圖4 料石灌注底拱實(shí)施后巷道變化量

圖5 料石灌注底拱實(shí)施后巷道變化速率

4.2 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

由于新工藝的應(yīng)用，底拱質(zhì)量和強(qiáng)度明顯提高，大大地減少了返修率，保證了礦井的安全生產(chǎn)和接續(xù)。效益如下：

（1）采用料石、灌注底拱工藝后，該項(xiàng)工程共計(jì)節(jié)約材料費(fèi)6.5 萬(wàn)元。

（2）保證了煤4 六采中部車(chē)場(chǎng)的提升運(yùn)輸問(wèn)題，為煤4 六采區(qū)下部開(kāi)采返修預(yù)備工作爭(zhēng)取了時(shí)間。

（3）通過(guò)預(yù)埋鐵軌，施工完底拱后不回填地坪，為煤4 六采中部泵房水泵意外中止運(yùn)轉(zhuǎn)后提供了一個(gè)臨時(shí)水倉(cāng)，避免了水流出后滲入底板加劇底板破壞。

（4）煤4 六采中部車(chē)場(chǎng)按照新式反底拱工藝施工后，巷道能夠滿足通風(fēng)、運(yùn)輸、行人等方面的要求，消除了不安全因素，保證了礦井的安全生產(chǎn)，產(chǎn)生了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)料石、灌注雙層底拱工藝在龍口軟巖巷道深部采區(qū)的實(shí)踐，有效控制了深部軟巖巷道底鼓。通過(guò)灌注底拱增強(qiáng)了料石底拱的強(qiáng)度和硬度，使組合拱強(qiáng)度得到了有效提高，為軟巖巷道底板治理技術(shù)提供了借鑒。