深井復(fù)雜地質(zhì)條件下水倉(cāng)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)研究

陳少華

摘 要：板集煤礦-735m永久水倉(cāng)深在高應(yīng)力作用和復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造帶的影響下，原錨網(wǎng)索噴加凝土澆筑支護(hù)不能滿足要求。經(jīng)過(guò)對(duì)圍巖性質(zhì)的研究，決定采用錨網(wǎng)索噴+36U型鋼可縮支架+混凝土澆筑+注漿充填聯(lián)合支護(hù)作為永久支護(hù)的施工方案。實(shí)踐表明，該方案取得了較好效果，為類似巷道的施工提供了較好的施工經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：深井；復(fù)雜地質(zhì)條件；水倉(cāng)聯(lián)合支護(hù)

中圖分類號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）20-0083-02

Combined Support Technology for Deep Silos under

Complicated Geological Conditions

CHEN Shaohua

（China Coal Xinji Energy Limited by Share Ltd， Huainan Anhui 232000）

Abstract： Under the influence of high stress and complicated geological structure zone， the original anchor net cable shotcrete support can not meet the requirements. Through the study of the property of surrounding rock， it was decided to adopt the anchor net shotcrete +36U steel retractable support + concrete pouring + grouting filling joint support as the permanent support construction scheme. Practice showed that the scheme had achieved good results， providing better construction experience for similar roadway construction.

Keywords： deep well；complex geological condition；joint support of water storehouse

板集井田位于安徽省淮南煤田西部的阜陽(yáng)市、利辛縣和潁上縣交界處。該井田東西長(zhǎng)6km，南北寬4～7km，面積約33.6km2。礦井水文地質(zhì)類型為極復(fù)雜型。該井田共有可采煤層10層，平均可采總厚25.20m。其中，主要可采煤層有11-2、8、5和1，平均可采總厚14.79m；次要可采煤層有9、7-2、7-1、6-1和4-2，平均可采總厚5.90m。井田共有查明的煤炭資源54 094.3萬(wàn)t，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量19 915.2萬(wàn)t。礦井正常涌水量為578m3/h，最大涌水量為794m3/h。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力3.0Mt/a，礦井服務(wù)年限為49.2a。該礦井工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)設(shè)主井、副井和回風(fēng)井3個(gè)井筒。礦井采用立井、主要石門及分組大巷開拓方式。通風(fēng)系統(tǒng)為中央并列式。采用一個(gè)水平上、下山開采。礦井水平標(biāo)高為-735m，水倉(cāng)埋深765m，井底水倉(cāng)原設(shè)計(jì)支護(hù)方式采用錨網(wǎng)索噴加C30混凝土澆筑支護(hù)，澆筑壁厚450mm。在施工中，由于高地應(yīng)力及構(gòu)造帶的影響，出現(xiàn)巷道底鼓、混凝土澆筑開裂等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)研究，將支護(hù)形式改為錨、網(wǎng)、噴作為前期支護(hù)，采用帶反底拱的U36型鋼可縮支架與澆筑混凝土加注漿充填聯(lián)合支護(hù)作為永久支護(hù)。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，該支護(hù)方法取得了成功，縮短了礦井建設(shè)周期，且解決了水倉(cāng)維修給礦井帶來(lái)的一系列的影響，節(jié)約了礦井建設(shè)成本。

1 原支護(hù)方案存在的問(wèn)題

板集煤礦-735m永久水倉(cāng)施工時(shí)所揭露巖性為4-1煤底板巖性，巷道穿過(guò)的主要巖層為砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖、花斑泥巖和泥巖。砂質(zhì)泥巖呈淺灰色，致密，砂質(zhì)分布不均，局部呈互層狀，斷口參差狀，裂隙稍發(fā)育；細(xì)砂巖呈灰白色，極少量呈灰色，以細(xì)顆粒為主，較均勻，致密，底部少部分破碎；花斑泥巖呈灰色或灰綠色，夾紫紅色大花斑，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，含少量砂質(zhì)；泥巖呈灰色，致密，性脆，斷口平坦?fàn)?，含少量植化碎片。本段施工范圍總體為單斜構(gòu)造，地層產(chǎn)狀為N20°～N40°，傾角∠4°～8°。在外倉(cāng)的南部平距41m處有F512-2正斷層，其長(zhǎng)向NE，傾向SE，傾角68°，落差0～25m，延展長(zhǎng)度800m；外倉(cāng)東側(cè)104m處有F12邊界正斷層，其長(zhǎng)向NNE，傾向NWW，傾角65°，落差大于300m。此外，巷道施工過(guò)程中，會(huì)揭露一些小型構(gòu)造。在水倉(cāng)施工中，起先按照原設(shè)計(jì)采用錨網(wǎng)索噴加C30混凝土澆筑支護(hù)，接近斷層時(shí)，由于巷道圍巖破碎，局部圍巖為花斑泥巖，加上斷層裂隙的影響，巷道壓力顯著增大，先期施工的30m巷道受其影響，短期內(nèi)發(fā)生了底鼓、幫補(bǔ)外鼓及澆筑的混凝土開裂等現(xiàn)象。實(shí)踐證明，原方案不能滿足工程實(shí)際需要[1]。

2 支護(hù)方案優(yōu)化及確定

針對(duì)水倉(cāng)地質(zhì)條件及工程施工的實(shí)際情況，提出了3種支護(hù)方案：①方案一：錨、網(wǎng)、索、噴+C30混凝土澆筑聯(lián)合支護(hù)；②方案二：錨、網(wǎng)、索、噴+C30鋼筋混凝土澆筑+反底拱澆筑聯(lián)合支護(hù)；③方案三：錨、網(wǎng)、索、噴+U型鋼可縮性支架+反底拱+全斷面澆筑C30混凝土+加注漿充填聯(lián)合支護(hù)。

上述方案中采用的錨、網(wǎng)、索、噴支護(hù)技術(shù)參數(shù)為，錨桿規(guī)格為Ф22mm×2 500mm的左旋螺紋金屬M(fèi)G500高強(qiáng)錨桿，錨桿施加的扭矩力≥400N·m，托板是規(guī)格為120mm×120mm×12mm的金屬鋼板。金屬網(wǎng)片由Ф6mm圓鋼加工而成，網(wǎng)格為100×100mm，長(zhǎng)2 000mm×寬1 000mm。H鋼帶：L=1.9m，橫向布置于錨網(wǎng)壓茬處。H鋼帶采用Ф12mm的圓鋼制作。錨索由規(guī)格為Ф21.8mm×6 200mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作，錨索預(yù)緊力≥160kN，錨索大墊板規(guī)格為350mm×350mm，錨索小墊板規(guī)格為150mm×150mm，均為正方形金屬鋼板，厚度均為14mm。混凝土澆筑強(qiáng)度為C30，厚度為450mm。U型鋼可縮性支架均為36U。噴射混凝土強(qiáng)度為C20。

上述方案中，第一種方案在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)一段時(shí)間后，巷道會(huì)產(chǎn)生底鼓變形，嚴(yán)重影響巷道的使用，有的甚至?xí)a(chǎn)生大面積破壞，這極大提高了維修費(fèi)用，影響礦井排水系統(tǒng)的正常工作。比較第二種方案和第三種方案，第三種方案充分利用了主動(dòng)支護(hù)和剛性被動(dòng)支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。由于巖體的高應(yīng)力和強(qiáng)膨脹性，在錨、網(wǎng)、噴施工完后，圍巖還會(huì)發(fā)生一定的變形，以釋放壓力。在壓力完全釋放前期，安設(shè)36型鋼可縮性支架對(duì)巷道進(jìn)行加固支護(hù)，這時(shí)，如果巖體再次來(lái)壓，由于U型鋼的可縮性，還可產(chǎn)生一定變形，釋放一定的壓力。最后，澆筑混凝土，注漿加固使U型鋼支架和原錨網(wǎng)索支護(hù)形成整體。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，充分發(fā)揮各種支護(hù)形式的優(yōu)點(diǎn)，使支護(hù)效果達(dá)到最佳。

3 施工方案

為適當(dāng)釋放圍巖應(yīng)力的同時(shí)做到及時(shí)支護(hù)，減小前期巷道變形，提高巷道支護(hù)的效果，水倉(cāng)掘進(jìn)巷道成型后立即進(jìn)行錨、網(wǎng)、索、噴支護(hù)。錨桿間排距為800mm×800mm，每根錨桿使用3卷Z2360樹脂錨固劑。錨索間排距為1 500mm×1 600mm，每根錨索使用4卷Z2360樹脂錨固劑。噴射混凝土厚度為70mm。帶反底拱36U型鋼支架距離工作面的距離不得超過(guò)50～80m，U型鋼支架間距650mm。U型鋼支架和錨網(wǎng)噴巷道之間進(jìn)行腰背，幫頂靠U型鋼支架側(cè)鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，規(guī)格為750mm×650mm，鋼筋網(wǎng)橫筋Ф12mm，豎筋直徑為Ф6mm，網(wǎng)孔規(guī)格為100mm×100mm。鋼筋網(wǎng)片兩端外露等長(zhǎng)，緊密排列，網(wǎng)間上下搭接長(zhǎng)度不少于25mm，用12#雙股鐵絲將Ф12mm橫筋綁扎在一起，每隔300mm綁扎一道鐵絲。網(wǎng)片后空處必須用大塊砂巖矸石或水泥背板等填實(shí)。施工U型鋼支架時(shí)預(yù)埋注漿用注漿管及T型充填注漿管。

預(yù)埋充填用的T型注漿管采用無(wú)縫鋼管制作，鋼管直徑Ф22mm，壁厚為3mm，規(guī)格為長(zhǎng)500mm，寬600mm，桿體上每隔200mm按T型梅花布置Ф6mm出漿孔，間排距為1 500mm×1300mm。預(yù)埋的普通注漿管和充填用T型注漿管按梅花形布置。

澆筑完成后對(duì)澆筑混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，28天后進(jìn)行注漿。注漿的順序?yàn)?，先?duì)充填錨注管進(jìn)行注漿，后對(duì)注漿錨桿進(jìn)行注漿。注漿水泥采用P0 32.5普硅水泥，水灰比為1∶1，充填注漿壓力為2～2.5MPa，注漿壓力控制在3.5MPa，注漿終壓4.0MPa。若注漿壓力小，注漿量大，也可在單液水泥漿中加入水泥量的15%～20%的粉煤灰與其均勻攪拌注入，以節(jié)約材料，降低成本。

4 結(jié)語(yǔ)

施工過(guò)程中對(duì)各種支護(hù)施工后的巷道表面位移量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，錨、網(wǎng)、噴支護(hù)完成后20天內(nèi)，巷道頂板下沉量量平均為60mm，兩幫移近量平均為105mm。在36U型鋼可縮性支架支護(hù)完成后20天內(nèi)，U型鋼支架基本沒(méi)有變化。澆筑注漿后對(duì)水倉(cāng)進(jìn)行了連續(xù)2個(gè)月的表面位移觀測(cè)，頂板下沉量最大為4mm，兩幫移近量最大為9mm，2個(gè)月后變形量未發(fā)生變化。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：錨、網(wǎng)、索、噴+U型鋼可縮性支架+反底拱+全斷面澆筑C30混凝土+加注漿充填聯(lián)合支護(hù)在水倉(cāng)工程中的應(yīng)用取得成功。此項(xiàng)研究也為軟巖支護(hù)及深部復(fù)雜條件下巷道支護(hù)技術(shù)提供了成功案例。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢鳴高，石平五，許家林.礦山壓力與巖層控制[M].2版.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2010.