孟德軍，經(jīng)來(lái)旺，苗育生，郝朋偉，盧小雨，江向陽(yáng)

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)，北京 100083；2.安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001；3.淮北礦業(yè)股份有限責(zé)任公司楊莊煤礦，安徽 淮北 235025)

長(zhǎng)期以來(lái)，軟巖巷道底臌一直是我國(guó)煤礦生產(chǎn)過(guò)程中十分頭痛的問(wèn)題，雖然眾多專家、學(xué)者獲得了許多研究成果[1-7]，但并未能從根本上解決這一問(wèn)題。底臌現(xiàn)象之所以難以消除，除了存在有某些特殊的客觀原因之外，但主要的原因還在于人們對(duì)底臌發(fā)生的力學(xué)機(jī)理尚沒有完全認(rèn)識(shí)清楚，對(duì)于巖體移向巷道的動(dòng)力來(lái)源及其移動(dòng)規(guī)律尚沒能完全揭示，由于篇幅的原因，關(guān)于底臌發(fā)生的力學(xué)機(jī)理，將在其他文章中進(jìn)行專門介紹，本文僅就底臌發(fā)生機(jī)理的一項(xiàng)研究成果——底角錨桿的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況進(jìn)行公開，希望能夠?yàn)槊旱V軟巖巷道底臌的治理提供一個(gè)較好的參照。

本文的研究背景是淮北礦業(yè)股份有限責(zé)任公司楊莊煤礦IV53采區(qū)軌道下山，具體研究的內(nèi)容包括工程地質(zhì)概況、支護(hù)方案設(shè)計(jì)、底角錨桿施工要點(diǎn)、底角錨桿加固圍巖效果監(jiān)測(cè)。

1 工程地質(zhì)概況

回風(fēng)下山服務(wù)對(duì)象為IV53采區(qū)，IV53采區(qū)位于井田深部，西邊界以III53采區(qū)邊界為界；東南以III53采區(qū)為鄰，北至楊莊與朱莊礦礦界。該采區(qū)上部為III53采區(qū)。采區(qū)南北平均1000m，東西平均700m。面積0.7km2。IV53采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造主要以褶曲和巖漿巖侵入為主。整個(gè)采區(qū)煤巖層產(chǎn)狀變化較大，總體為向斜構(gòu)造，近圓盆。

服務(wù)于IV53采區(qū)的下山巷道共有4條。4條下山相互平行，分別是回風(fēng)下山、運(yùn)輸機(jī)下山、回風(fēng)下山、人行下山。下山間距從南向北依次為：人行下山與軌道下山間距25m，軌道下山與回風(fēng)下山間距為30m，運(yùn)輸機(jī)下山與回風(fēng)下山間距為25m。

回風(fēng)下山上部位于III53人行下山以東，下部位于向陽(yáng)溝向斜軸附近，方位288°，布置在5煤底板下20～35m，下山傾角21°，斜長(zhǎng)415.2m。

整個(gè)回風(fēng)下山巷道圍巖巖性較差，以砂質(zhì)泥巖為主。

特殊的地質(zhì)條件使得楊莊礦IV53采區(qū)回風(fēng)下山具有一些其他巖石巷道不具備的特征，具體表述如下：

1) 上部20～35m為5煤煤層，所以煤層開采不僅會(huì)給該巷道帶來(lái)很大的動(dòng)壓，而且煤層開采后應(yīng)力重新分布也會(huì)引發(fā)巷道較大的變形，故巷道支護(hù)必須具備抗動(dòng)壓能力；

2) 巷道位于向陽(yáng)溝向斜軸附近，而向斜軸附近通常是相應(yīng)地層中構(gòu)造應(yīng)力較大的地方，向斜軸為南北走向，而回風(fēng)下山方位為288°，所以回風(fēng)下山無(wú)疑將受到該區(qū)域接近最大值的構(gòu)造應(yīng)力影響，所以巷道支護(hù)必須具備抵抗構(gòu)造應(yīng)力的能力；

3) 回風(fēng)下山的南邊是人行下山，北邊是回風(fēng)下山，平行間距分別是25m和30m，巷道開拓會(huì)對(duì)周圍巖體的應(yīng)力分布產(chǎn)生影響，回風(fēng)下山則處于南北兩條下山的影響范圍之內(nèi)，盡管這種影響弱于上面兩方面的影響，但巷道支護(hù)仍需考慮；

4) 回風(fēng)下山穿越的巖體大多為砂質(zhì)泥巖，砂質(zhì)泥巖侵水后強(qiáng)度會(huì)數(shù)倍下降，故巷道支護(hù)設(shè)計(jì)中絕不能忽略這一問(wèn)題。

2 支護(hù)方案設(shè)計(jì)

2.1 錨網(wǎng)巷道支護(hù)斷面

斷面形狀：直墻半圓拱,斷面規(guī)格：凈寬×凈高=3800mm×3400mm， S掘=14.8m2。

2.2 支護(hù)設(shè)計(jì)

2.2.1 試驗(yàn)段支護(hù)設(shè)計(jì)

支護(hù)形式：采用全斷面錨網(wǎng)支護(hù)。

支護(hù)參數(shù)、規(guī)格、材料：①幫頂錨桿采用M22mm L2200mm高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，間排距800mm×800mm，錨桿托盤為8mm×150mm×150mm的鋼板冷軋碟型盤，錨桿按矩形布置。

底角錨桿采用M22mmL2400mm高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，排距600mm，與水平成45°。

錨固劑均采用Z2550型樹脂卷，每眼2根樹脂卷。錨桿預(yù)緊力距不小于300N·m，錨桿錨固力不小于120kN；②鋼筋網(wǎng)采用Φ6mm圓鋼焊接，規(guī)格：900mm×1700mm；③噴射混凝土配比嚴(yán)格按水泥∶黃沙∶瓜子片=1∶2∶2進(jìn)行配比(體積比)，水灰比0.4～0.5，

采用425#硅酸鹽水泥，速凝擠摻量為水泥重量的4%。噴漿厚度：初噴30mm，復(fù)噴后總厚度為150mm，墻腳基礎(chǔ)深度不小于100mm，復(fù)噴前必須灑水沖洗噴層表面，復(fù)噴距迎頭30m。

2.2.2 非試驗(yàn)段支護(hù)設(shè)計(jì)

非試驗(yàn)段除了無(wú)底角錨桿之外，其余同試驗(yàn)段。

3 底角錨桿施工要點(diǎn)

3.1 施工底角錨桿存在問(wèn)題

底角部位是巷道圍巖中應(yīng)力集中程度最高的地方，環(huán)向集中應(yīng)力很大，由于圍巖軟弱、破碎，直接打鉆極難成孔，往往鉆頭鉆至1500mm處，由于圍巖抱鉆等因素，施工往往被迫停止，即使偶爾僥幸鉆至孔底，一旦鉆桿拔出鉆孔，鉆孔即刻撮合，錨桿無(wú)法安裝。

3.2 底角錨桿施工方法

為了底角錨桿孔能夠順利成孔，在鉆孔前24h，對(duì)幫底交界部位實(shí)施注漿處理，漿液水灰比0.7∶1，注漿孔深度1200mm，注漿時(shí)間以5min為宜，由于底角部位巖體破碎，故該注漿一般均是無(wú)壓注漿。注漿孔可用風(fēng)錘造孔。

注漿24h后，利用風(fēng)錘即可快速鉆至2400mm處，且不會(huì)再有抱鉆、撮孔情況發(fā)生。錨桿錨固的方法與巷道幫頂部位錨桿的錨固方法無(wú)異，但托盤下必須用混凝土(或快干水泥)填實(shí)。

4 底角錨桿加固圍巖效果

4.1 測(cè)點(diǎn)布置

為了獲取較為全面的數(shù)據(jù)來(lái)了解“底角錨桿”的加固效果，此次觀測(cè)在回風(fēng)下山內(nèi)相隔50m 各取2段巷道，第一段沒有設(shè)置底角錨桿，第二段設(shè)置有底角錨桿。每段巷道各布置5個(gè)觀測(cè)測(cè)站，測(cè)站間距10m，如圖1所示。每個(gè)測(cè)站包括兩幫幫底、兩幫拱腳和頂?shù)琢鶄€(gè)觀測(cè)測(cè)點(diǎn)，其中兩幫幫底的測(cè)點(diǎn)距離軌道面200mm，兩幫拱腳的測(cè)點(diǎn)距離軌道面1200mm，如圖2所示。其余四個(gè)測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。

圖2 幫部測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖3 測(cè)點(diǎn)布置示意圖

幫部測(cè)點(diǎn)由錨桿頭充當(dāng)，使用時(shí)先將外漏錨桿退錨，再用12#鐵絲在錨桿端部擰設(shè)大小合適的鐵環(huán)，而后將錨桿重新錨固以固定鐵環(huán)。頂?shù)诇y(cè)點(diǎn)的設(shè)置比較麻煩，需在地面加工長(zhǎng)300mm且一端端部帶鉤的鐵釬。安裝時(shí)，需用錨桿鉆機(jī)在預(yù)定位置打孔，并配合快速水泥將測(cè)點(diǎn)固定。

4.2 測(cè)試結(jié)果

巷道測(cè)試結(jié)果如圖4～6所示。

圖4 巷道幫部日變形量

圖5 巷道幫底日變形量

圖6 巷道頂?shù)兹兆冃瘟?/p>

4.3 測(cè)試結(jié)果分析

由圖4～圖6所知，由于底腳錨桿的作用，巷道頂?shù)滓平績(jī)H為原來(lái)的1/10左右，幫部移近量降低了近40%，幫底移近量降低了近1/3，足以說(shuō)明底腳錨桿對(duì)巷道變形的控制效果。

5 結(jié)語(yǔ)

1)楊莊煤礦IV53采區(qū)軌道下山測(cè)試結(jié)果表明，底角錨桿控制底臌效果顯著。

2)底角錨桿控制底臌的效果并不是對(duì)所有情況下的軟巖巷道都是一樣的，它涉及巷道所處巖層地應(yīng)力的大小、方位，巷道上下一定范圍巖層的物理力學(xué)性質(zhì)、所處巖層的傾角等。

3)本文研究的對(duì)象是一個(gè)下山巷道，其最大的特征是底板無(wú)游離水的存在，這與一般的水平巷道是完全不一樣的，一般的水平巷道底板中含有大量的游離水，這對(duì)泥質(zhì)底板的承載強(qiáng)度存在巨大的影響。對(duì)于一般的水平巷道，底角錨桿的效果不及上下山巷道，治理底臌時(shí)尚需考慮其他手段。

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