喬衛(wèi)國(guó)，呂言新，林登閣，李 睿

（1.山東科技大學(xué)，山東青島 266510;2.山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266510）

深井厚沖積層軟巖巷道硐室加固技術(shù)研究

喬衛(wèi)國(guó)1，2，呂言新1，2，林登閣1，2，李 睿1，2

（1.山東科技大學(xué)，山東青島 266510;2.山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266510）

深井厚沖積層軟巖巷道支護(hù)的出發(fā)點(diǎn)主要在于采用性能良好的錨固支護(hù)技術(shù) （高強(qiáng)度、高剛度、高預(yù)應(yīng)力錨桿與錨索）進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，利用錨注支護(hù)技術(shù)提高圍巖的整體性，為錨固性能的發(fā)揮奠定了基礎(chǔ)。在趙樓煤礦不同類型巷道、硐室中，采用高強(qiáng)度高剛度高預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)噴索和錨注為基礎(chǔ)的支護(hù)體系，組成了“三高一及時(shí)”支護(hù)結(jié)構(gòu)，在斷面較大或極軟弱部位輔以讓壓、局部關(guān)鍵部位加固等其他支護(hù)措施，獲得了極好的穩(wěn)定控制效果。

硐室;加固技術(shù);厚沖積層;深井;軟巖;圍巖

巷道的安全穩(wěn)定與埋深有密切的關(guān)系，深井開采最突出問題是地壓大、地溫高。深井軟巖巷道圍巖大變形穩(wěn)定控制理論和實(shí)踐表明，針對(duì)軟弱膨脹性圍巖，必須采取可靠有效的支護(hù)與施工技術(shù)，以保證正常掘進(jìn)施工，并保證硐室與巷道的長(zhǎng)期穩(wěn)定。深井厚沖擊層軟巖巷道硐室支護(hù)的出發(fā)點(diǎn)主要在于采用性能良好的錨固支護(hù)技術(shù) （高強(qiáng)度、高剛度、高預(yù)應(yīng)力錨桿與錨索）進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，利用錨注支護(hù)技術(shù)提高圍巖的整體性，充分發(fā)揮錨固技術(shù)的優(yōu)越性，滿足高應(yīng)力條件下巷道圍巖大變形穩(wěn)定控制的要求。

1 工程概況

趙樓煤礦位于巨野煤田的中部，是目前國(guó)內(nèi)新建礦井第一水平開采較深的礦井之一。主井井筒凈直徑7.0m，裝備2套22t箕斗;副井井筒凈直徑7.2m，裝備2套提升設(shè)備，1.5t雙層罐籠;風(fēng)井井筒凈直徑6.5m，裝備梯子間及防火灌漿管路。

趙樓礦井屬深井開采，含水層多，煤層頂、底板多為粉砂巖、頁(yè)巖、泥巖。由于井底車場(chǎng)及其巷道布置在煤層底板泥巖中，巖性松軟。因此，解決趙樓煤礦大埋深軟巖巷道的支護(hù)問題具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 清理撒煤硐室支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 硐室支護(hù)機(jī)理

先柔后剛，適度的讓、有力的抗的原則允許圍巖有一定的變形，釋放部分變形能，然后進(jìn)行加固，可以充分發(fā)揮圍巖的自載能力，從而提高硐室及其圍巖的整體穩(wěn)定性。

錨注支護(hù)將錨噴支護(hù)與注漿加固技術(shù)結(jié)合起來，對(duì)破碎圍巖進(jìn)行主動(dòng)加固與支護(hù)，改善圍巖巖性和應(yīng)力分布，發(fā)揮注漿圍巖的自承載能力，從而為深部破碎圍巖提供變形性能好、高抗力的結(jié)構(gòu)性約束，大幅度提高圍巖穩(wěn)定性，使硐室圍巖的變形得到有效控制，保證硐室的整體穩(wěn)定。

2.2 硐室支護(hù)方案

趙樓煤礦井底清理撒煤硐室采用高強(qiáng)度高剛度高預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)噴索和錨注為基礎(chǔ)的支護(hù)體系，一次支護(hù)采用擴(kuò)大斷面錨網(wǎng)索噴支護(hù)，二次支護(hù)以注漿錨桿進(jìn)行錨注加固。

2.2.1 硐室一次支護(hù)方案

硐室一次支護(hù)參數(shù) 高強(qiáng)讓壓錨桿φ22mm× 2200mm，間排距800mm×800mm;初噴混凝土等級(jí)C20，厚50mm;金屬網(wǎng)全斷面鋪設(shè)，φ6mm冷拔絲焊接，網(wǎng)格100mm×100mm;復(fù)噴混凝土，厚50mm;底板錨桿φ22mm×1600mm，每斷面3根均布，排距1600mm;注漿錨桿φ25mm×2000mm，間排距1600mm×1600mm，底板注漿錨桿每斷面2根，排距1600mm，與高強(qiáng)錨桿隔排布置;槽鋼底梁，16號(hào)槽鋼，排距1600mm。

硐室一次支護(hù)施工工藝 擴(kuò)大斷面，巷道每側(cè)擴(kuò)大100mm，拱頂擴(kuò)大100mm;初噴混凝土厚度50mm，以封閉圍巖;待掛網(wǎng)后再噴50mm厚混凝土;底板穩(wěn)定無(wú)底鼓傾向時(shí)，底板不做處理;底板不穩(wěn)定有底鼓傾向時(shí)，采用16號(hào)槽鋼、錨桿注漿加固;底板注漿參數(shù)為單液水泥漿，水泥采用42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥，水灰比0.6，摻加水泥重量1.5%的UNF－4高效早強(qiáng)減水劑，注漿壓力2MPa，瞬時(shí)注漿壓力＜4MPa。

2.2.2 硐室二次支護(hù)

注漿錨桿 采用無(wú)縫鋼管制作 （1－1斷面規(guī)格φ25mm×2000mm，2－2斷面規(guī)格 φ25mm× 2500mm），錨桿端部扭成S狀，安裝時(shí)用1塊樹脂錨固劑錨固，錨桿間排距1600mm×1600mm;錨桿托盤采用熱軋扁鋼B=150mm，δ=10mm。

注漿參數(shù) 采用單液水泥漿，水泥采用42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥，水灰比 0.6，摻水泥重量1.5%的UNF－4高效早強(qiáng)減水劑;注漿壓力2MPa，瞬時(shí)壓力＜4MPa。

清理撒煤硐室通過二次支護(hù)后，1－1斷面和2－2斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。

3 一采軌道下山等巷道加固技術(shù)方案

一采軌道下山、膠帶下山及三中車場(chǎng)等巷道原采用錨噴支護(hù)，由于受巖性等地質(zhì)條件的影響，巷道施工后出現(xiàn)了噴層開裂、水溝內(nèi)擠、底鼓等現(xiàn)象，急需進(jìn)行加固處理。

3.1 巷道具體破壞情況

（1）一采膠帶下山 1304運(yùn)巷給煤機(jī)硐室上方20m到其下方5m左右位置，共44m水溝側(cè)出現(xiàn)底鼓和水溝變形;水溝變形為受擠壓變形，沿水溝外側(cè)與墻體形成裂縫。

（2）一采軌道下山 一采軌道下山從三中車場(chǎng)開口上方約20m處向下，連續(xù)出現(xiàn)頂部和兩肩窩位置開裂、局部噴漿層脫落，水溝外側(cè)與墻體離層，部分變形。

（3）三中車場(chǎng) 三中車場(chǎng)斷面擴(kuò)大段中部向里到1304運(yùn)巷三岔口位置，水溝變形，局部底鼓，頂板和肩窩部位開裂。

（4）1304運(yùn)巷給煤機(jī)硐室 硐室頂部靠下方（南側(cè)）混凝土梁下部出現(xiàn)約200mm長(zhǎng)混凝土脫落，露筋，梁與端墻間靠近端墻500mm處西側(cè)出現(xiàn)約0.5m×3m長(zhǎng)的混凝土保護(hù)層脫落，露筋。

圖1 硐室1－1斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)

圖2 硐室2－2斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)

3.2 加固技術(shù)方案

（1）對(duì)一采軌道下山、一采膠帶下山及一采三中車場(chǎng)等巷道采用噴射混凝土復(fù)噴、注漿錨桿錨注加固方案。

（2）1304運(yùn)巷給煤機(jī)硐室采用鋼梁掛網(wǎng)噴混凝土加固。

巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 巷道錨注加固結(jié)構(gòu)

3.3 支護(hù)材料及參數(shù)

（1）注漿錨桿 注漿錨桿采用φ20mm無(wú)縫鋼管制作，長(zhǎng) 2000mm，錨桿間排距 1600mm× 1600mm，兩墻角錨桿自底板200mm起布孔。

（2）噴射混凝土 對(duì)巷道混凝土噴層開裂露筋部位，噴厚40～50mm。

（3）注漿材料 采用單液水泥漿注漿:水泥選用32.5號(hào)普通硅酸鹽水泥，水灰比0.6，添加1.0%的減水劑，可選用FDN型高效早強(qiáng)減水劑。注漿壓力一般為1.5MPa，最大注漿壓力2.0MPa。

注漿時(shí)采用自下而上，左右順序作業(yè)的方式，每斷面內(nèi)錨桿自下而上先注底角，再注兩幫，最后注拱頂錨桿。

注漿泵可選用QB－15型便攜式注漿泵。注漿管路采用φ25mm高壓膠管，應(yīng)保證管路連接安全、快速、可靠。

4 4號(hào)交岔點(diǎn)斷面礦壓觀測(cè)結(jié)果與分析

4.1 巷道表面收斂變形量測(cè)數(shù)據(jù)分析

表面收斂變形測(cè)量最為直觀的反映出支護(hù)效果，為合理設(shè)計(jì)支護(hù)方案和選擇最佳的支護(hù)形式和參數(shù)提供依據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)選取4號(hào)交岔點(diǎn)斷面作為測(cè)試點(diǎn)，巷道兩幫和頂板的位移收斂值及增量如圖4。

從圖4中實(shí)測(cè)曲線可看出，兩幫和頂部位移收斂值急劇增長(zhǎng)階段出現(xiàn)在開挖后的1～5d，該階段的位移收斂量增長(zhǎng)較快;位移收斂值穩(wěn)定增長(zhǎng)階段大約在5～40d，變形速率有所減緩，說明了錨網(wǎng)噴支護(hù)有效地阻止了初期過大變形;趨于穩(wěn)定階段為開挖后30d進(jìn)行二次錨注加固，巷道位移收斂曲線趨于穩(wěn)定，圍巖變形速率明顯降低，巷道的變形量大幅減少，說明錨注加固提高了圍巖承載能力。

圖4 巷道兩幫和頂板收斂變形曲線

4.2 錨桿軸力測(cè)量結(jié)果及分析

錨桿軸向載荷監(jiān)測(cè)目的是了解錨桿軸向力的大小，以檢測(cè)其與圍巖變形的匹配情況。4號(hào)交岔點(diǎn)斷面兩幫、兩肩和拱頂錨桿軸力曲線如圖5所示。

圖5 錨桿軸力曲線

從圖5可知，支護(hù)初期噴混凝土還未能充分發(fā)揮作用，大部分的支護(hù)阻力依靠錨桿來承擔(dān)，錨桿軸力絕大部分是在初期支護(hù)形成的;錨桿安裝后便產(chǎn)生了較大的軸力，說明了錨桿支護(hù)的有效性;在支護(hù)初期，交岔點(diǎn)的兩幫、兩肩及頂部的錨桿軸向力比較均勻且穩(wěn)定增長(zhǎng);錨桿安裝30d后兩幫和兩肩的軸力增長(zhǎng)較快，但幅度不大，頂部錨桿軸力趨于穩(wěn)定;隨著錨注施工的進(jìn)行，以及注漿固結(jié)體強(qiáng)度的不斷增加，兩幫和兩肩錨桿的軸力變化平緩，說明錨注施工使錨桿軸力從較快的增長(zhǎng)速度逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檩^慢的增長(zhǎng)速度，最后達(dá)到基本穩(wěn)定。

4.3 測(cè)力錨桿測(cè)量結(jié)果及分析

采用測(cè)力錨桿對(duì)錨桿支護(hù)體受力狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)錨桿體不同部位進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試，為優(yōu)化錨桿支護(hù)參數(shù)提供科學(xué)依據(jù)。兩幫和頂部錨桿沿長(zhǎng)度受力如圖6、圖7所示。

從圖6和圖7可知，錨桿沿長(zhǎng)度都受到較大的軸力，隨著深度的增加，錨桿受力也隨之增大，錨桿埋深大于1.6m，錨桿軸力趨于穩(wěn)定，可見采用2.2m的高強(qiáng)讓壓可變性錨桿能夠組成具有一定承載力的承載圈，達(dá)到了限制圍巖位移的作用。

圖6 兩幫錨桿軸力分布

圖7 頂部錨桿軸力分布

4.4 觀測(cè)結(jié)論

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)4號(hào)交叉點(diǎn)巷道收斂變形和錨桿軸力實(shí)際測(cè)量，得到以下結(jié)論:

（1）錨注支護(hù)在深井軟巖穩(wěn)定性控制中具有明顯的優(yōu)越性，能夠有效地控制巷道和硐室的穩(wěn)定性，提高圍巖的承載能力，減小圍巖的變形量，圍巖變形速率和變形量逐漸收斂，趨于穩(wěn)定。

（2）深井軟巖的流變性大，收斂時(shí)間比較長(zhǎng)，從開挖后開始變形到趨于穩(wěn)定需要近2個(gè)月以上的時(shí)間，這是深埋巷道圍巖變形的主要特點(diǎn)之一。

5 結(jié)論

高強(qiáng)度、高剛度、高預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)噴索和錨注為基礎(chǔ)的支護(hù)體系可形成可靠的多層組合拱結(jié)構(gòu)，發(fā)揮深井高應(yīng)力軟巖在有效錨固和注漿條件下具有的應(yīng)力強(qiáng)化性能，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定。對(duì)特大斷面和穩(wěn)定性較差巷道可采用預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，改善支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載性能。從而形成“三高一及時(shí)”支護(hù)技術(shù)，均取得了較好的穩(wěn)定控制效果，獲得了較好的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益。

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Reinforcement Technology of Cavern in Soft Roadway in Deep Thick Alluvium

QIAOWei-guo1，2，LV Yan-xin1，2，LIN Deng-ge1，2，LIRui1，2

（1.Shandong University of Science＆Technology，Qingdao 266510，China; 2.Shandong Provincial Key Laboratory of Disaster Prevention＆Reduction in Civil Engineering，Qingdao 266510，China）

The key to supporting soft rock roadway in deep thick alluvium is supporting timely with anchored supporting technology （anchored bolt and rope with high strength，high rigidity and high pre-stress）and applying grunting technology to improving integrity of surrounding rock"3-high"and timely supporting structure was used in different roadways and caverns and other supportingmeasures including yielding at large section or extremely-soft place and reinforcement at local key points in Zhaolou Colliery Application showed that the structuremade excellent stability control effect.

cavern;reinforcement technology;thick alluvium;deep mine;soft rock;surrounding rock

TD353

A

1006-6225（2011）05-0043-04

2011－06－30

教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃資助項(xiàng)目 （NCET－07－0519）;教育部長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目 （IRT0843）;山東科技大學(xué)研究生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目 （YCA100322）

喬衛(wèi)國(guó) （1963－），男，山東榮成人，教授，博導(dǎo)，主要從事巖體加固理論與應(yīng)用技術(shù)的教學(xué)、科研工作。

［責(zé)任編輯:姜鵬飛］

應(yīng)用基礎(chǔ)