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      大埋深硐室支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用

      2018-06-05 05:36:43張繼濤尹凱民
      中國(guó)煤炭工業(yè) 2018年2期
      關(guān)鍵詞:軟巖絞車(chē)巖體

      文/張繼濤尹凱民

      一、工程地質(zhì)概況

      山東能源淄礦集團(tuán)唐口煤業(yè)公司是一座年產(chǎn)500萬(wàn)噸的大型現(xiàn)代化礦井,地面標(biāo)高+39m,北部采區(qū)絞車(chē)房位于-950m水平,埋深達(dá)989m,地壓顯現(xiàn)明顯。周?chē)锏老嗬^發(fā)生變形破壞,其破壞特征主要表現(xiàn)為拱部剪切破壞、兩幫收斂變形及底臌破壞三個(gè)方面,頂部下沉錯(cuò)動(dòng)量達(dá)1m,兩幫收斂多達(dá)1.3m,巷道底臌更為嚴(yán)重,個(gè)別地段超過(guò)1.5m。

      北部采區(qū)絞車(chē)房設(shè)計(jì)全長(zhǎng)19m,斷面形狀為直墻半圓拱形,拱寬9m,拱高7.7m,掘進(jìn)斷面為51.3m2。所處圍巖為3上煤底板的粉砂巖、泥巖及細(xì)砂巖內(nèi)。其主要特征為:巖石強(qiáng)度低,抗干擾能力差,流變時(shí)間長(zhǎng),塑性變形大,變形速度快。

      二、支護(hù)機(jī)理

      根據(jù)地質(zhì)條件,唐口煤業(yè)公司采用應(yīng)力解除法進(jìn)行了地應(yīng)力測(cè)試,根據(jù)結(jié)果分析該地應(yīng)力以垂直應(yīng)力為主,屬于自重應(yīng)力場(chǎng)型。

      1.硐室變形破壞機(jī)理

      (1)巖體自承能力差,自身強(qiáng)度低。經(jīng)取樣試驗(yàn)其數(shù)據(jù)為普氏系數(shù)f=2.2,抗壓強(qiáng)度為17Mpa,抗拉強(qiáng)度1.05~4.33Mpa。

      (2)深部垂直應(yīng)力作用。硐室處于-950m水平,而所處的圍巖自承能力低,超出了硐室穩(wěn)定的要求,導(dǎo)致巖層發(fā)生流變。

      (3)地質(zhì)構(gòu)造的水平殘余應(yīng)力。北部絞車(chē)房位于向斜構(gòu)造應(yīng)力的中心區(qū)域,巖層起伏偏轉(zhuǎn)斷裂明顯,應(yīng)力集中,巖石抗拉強(qiáng)度小,導(dǎo)致圍巖破碎,支護(hù)困難。

      (4)硐室斷面大,掘出后,產(chǎn)生應(yīng)力重新分布,支護(hù)難度大。

      (5)施工用水及風(fēng)化影響。

      2.支護(hù)機(jī)理

      復(fù)合型軟巖的治理必須從降低圍巖應(yīng)力、增強(qiáng)圍巖強(qiáng)度和提高支護(hù)阻力三個(gè)方面入手。通過(guò)對(duì)深部軟巖地質(zhì)資料及軟巖支護(hù)理論進(jìn)行深入研究后,按“剛?cè)嵯酀?jì)、及時(shí)封閉、緩沖讓壓、強(qiáng)化圍巖”的基本原則,采用三次支護(hù)方案:一次支護(hù)為錨網(wǎng)噴索聯(lián)合支護(hù),二次支護(hù)為雙層鋼筋混凝土作為永久支護(hù),三次支護(hù)為錨注支護(hù)體系。

      (1)按照松動(dòng)圈理論,巷道圍巖失穩(wěn)的根本原因在于圍巖中的集中應(yīng)力超過(guò)了圍巖強(qiáng)度,導(dǎo)致圍巖破裂,從而形成圍巖松動(dòng)圈。對(duì)于高應(yīng)力引起的大松動(dòng)圈,一次支護(hù)采用錨網(wǎng)(索)噴支護(hù)。由于錨網(wǎng)(索)噴為柔性支護(hù),允許圍巖有一定程度的變形,初期圍巖變形速度大,采用錨網(wǎng)(索)噴作為一次支護(hù),釋放圍巖應(yīng)力,抑制圍巖變形速度,待圍巖位移速度趨于穩(wěn)定時(shí),進(jìn)行二次支護(hù)或封底,達(dá)到一次支護(hù)卸壓、讓壓,二次支護(hù)現(xiàn)澆混凝土作為剛性支護(hù),三次支護(hù)進(jìn)行錨注加固的目的

      (2)根據(jù)圍巖——支護(hù)共同作用原理及巖石強(qiáng)度理論,采用錨注技術(shù)加固圍巖,利用注漿管兼作錨桿,對(duì)圍巖進(jìn)行注漿加固,充填裂隙,增強(qiáng)顆粒間的粘聚力,改變圍巖物理力學(xué)性質(zhì),使松散的巖體重新膠結(jié)形成再生巖體,同時(shí)發(fā)揮錨桿的錨固作用,形成一個(gè)厚層承壓拱,發(fā)揮巖體的自承能力,限制巖體變形與發(fā)展。

      (3)防基礎(chǔ)底臌技術(shù):采用混凝土反底拱配合曲梁加強(qiáng)底部處理。

      三、技術(shù)實(shí)施

      通過(guò)對(duì)支護(hù)機(jī)理分析,唐口煤業(yè)公司采用三次支護(hù)方案。支護(hù)體系如圖1所示。

      圖1 絞車(chē)硐室支護(hù)圖

      1.一次支護(hù):采用錨網(wǎng)(索)噴

      錨桿:采用φ18mm×2300mm左旋無(wú)縱筋高強(qiáng)螺紋樹(shù)脂錨桿,間排距800mm×1000mm。

      預(yù)應(yīng)力錨索:采用φ17.8mm×6500mm高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線,間排距為1200×1000mm,自頂部向兩幫均勻布置。

      鋼筋網(wǎng):為Φ6mm鋼筋加工,網(wǎng)格為100mm×100mm。

      噴射砼:噴射C20砼,厚度為100mm,作為臨時(shí)支護(hù)及時(shí)封閉巖面,隔絕水、濕氣、風(fēng)化對(duì)巖體的不利影響,防止巖體強(qiáng)度降低,同時(shí)又作為永久支護(hù)的一部分,在圍巖釋放原巖應(yīng)力過(guò)程中,與錨桿、錨索、鋼筋網(wǎng),圍巖共同作用形成承壓拱。

      2.二次支護(hù):現(xiàn)澆鋼筋混凝土

      混凝土:混凝土強(qiáng)度為C30,壁厚為500mm。

      鋼筋:鋼筋均采用φ18mm螺紋鋼,間排距為250×250mm。

      底板:采用高強(qiáng)反地拱碹體的支護(hù)方案,以提高絞車(chē)基礎(chǔ)下的強(qiáng)度,保證絞車(chē)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。基礎(chǔ)下采用錨梁、混凝土反底拱,采用Φ16曲梁,間距800mm,每條曲梁用Φ18×2300mm螺紋鋼錨桿固定,反底拱為厚400mmC30鋼筋砼,鋼筋選用Φ20螺紋鋼。上部全部用C30素混凝土澆筑到地坪。

      3.三次支護(hù):錨注支護(hù)

      采用圍巖注漿,拱及墻布置注漿錨桿12根,采用Φ22×3500mm無(wú)縫鋼管,壁厚4mm,間距 1600mm,排距2000mm,與錨索呈梅花型間隔布置。采用單液水泥漿,水灰比0.5∶0.7,為增加其密實(shí)性和可注性,添加1.5%~2.5%左右的UNF復(fù)合早強(qiáng)減水劑。注漿錨桿終壓≤4Mpa,壓力峰值≤8Mpa。

      四、效果分析

      1.效果

      為了及時(shí)了解支護(hù)性能,在硐室內(nèi)設(shè)置觀測(cè)點(diǎn),進(jìn)行相應(yīng)的工程測(cè)試,檢測(cè)支護(hù)效果,測(cè)試內(nèi)容包括兩幫及頂?shù)装逑鄬?duì)位移量及注漿錨桿、錨索受力狀況。相對(duì)位移變形觀測(cè)量測(cè)相對(duì)位移(如表1所示),發(fā)現(xiàn)采取措施后變形速度減少,說(shuō)明支護(hù)效果比較明顯。

      表1 絞車(chē)硐室相對(duì)位移觀測(cè)表

      2.結(jié)語(yǔ)

      (1)對(duì)于高應(yīng)力軟巖,采用三次支護(hù)方案,一次支護(hù)為柔性支護(hù),適當(dāng)釋放圍巖應(yīng)力,二次支護(hù)為剛性支護(hù),以達(dá)到“讓抗結(jié)合、剛?cè)峤Y(jié)合”,實(shí)現(xiàn)共同承壓的目的。

      (2)要認(rèn)真分析軟巖巖性,對(duì)于低強(qiáng)度、大變形的軟巖井巷工程采用錨注法注漿技術(shù)進(jìn)行圍巖注漿加固,同時(shí)充填裂隙,注漿后變?yōu)橹ёo(hù)材料全長(zhǎng)錨固型,在限制圍巖變形方面效果明顯。

      (3)處于軟巖中的工程應(yīng)采用全封閉支護(hù),在治理頂幫的同時(shí),也要治理底板,否則應(yīng)力傳遞到支護(hù)的薄弱點(diǎn)必將導(dǎo)致破壞。

      (4)實(shí)施二次支護(hù)時(shí),必須根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)合理確定二次支護(hù)的時(shí)間,根據(jù)圍巖變形速度進(jìn)行認(rèn)真分析,以防破壞支護(hù)效果。

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