郭英杰， 齊廣新

(井陘礦務局元氏礦，河北井陘051134)

元氏礦井原設計有內(nèi)、外兩個水倉，其位置在井底車場東部;由于受G-1大斷層的切錯，井底車場東部地層為石盒子組第三段(P2S3)底部，該段巖性以暗紫、灰紫、灰綠色及雜色花斑狀泥巖、鋁土質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，夾薄層狀中細粒砂巖，砂巖為泥質(zhì)膠結(jié).該段巖性、節(jié)理、層理較發(fā)育，遇水極易膨脹、泥化.同時受G-1大斷層的影響，車場東部地應力較大.巷道掘進中，往往前邊掘進，后邊巷道間隔不久即被壓壞，圍巖維護十分困難.以內(nèi)水倉為例(設計全長284 m)，施工到154 m處停掘，原因就是由于原支護形式無法抵抗巷道的強變形與地壓作用，以致巷道被壓壞無法進行月度驗收，雖經(jīng)多次返修也達不到預期效果.

由于車場巷道設計密度已很大，若再按原設計位置掘外水倉，勢必會出現(xiàn)和內(nèi)水倉一樣的損壞情況，給國家造成巨大的經(jīng)濟損失;鑒于此情況，我們詳細分析井底車場東西兩側(cè)地層及構(gòu)造情況，發(fā)現(xiàn)井底車場西部地層處于上石盒子組第二段，其內(nèi)夾有較厚的中-粗粒砂巖，通過召集施工、監(jiān)理、局進行專題討論后決定將原外倉(現(xiàn)西水倉)移至車場西部巖石較好的厚層砂巖巖層中.

對于內(nèi)水倉(現(xiàn)東水倉)已掘段，原設計已無法滿足圍巖施工條件，需找一種合適的支護方式來解決在軟巖中掘巷的施工方法和支護形式.經(jīng)過難題招標，由井陘礦務局元氏礦和中國礦業(yè)大學北京研究生部合作建立了“元氏礦井東水倉巷道軟巖支護技術(shù)研究”課題組，來解決東水倉140 m軟巖巷道的返修支護設計.

根據(jù)現(xiàn)場取樣試驗及井下地質(zhì)鉆孔揭露的地層情況，將東水倉已掘段140 m分成砂巖段、泥巖段和斷層破碎帶，其粘土礦物含量分別為43.6%、62.1%、83.3%;并通過現(xiàn)場聲波測試、點載荷強度試驗得出巷道松動圈為2～2.5 m，粉砂巖、細砂巖、砂質(zhì)泥巖的抗壓強度分別為33.6 Mpa、27.2 Mpa、13 Mpa.由于斷層破碎帶無法進人取樣，故取樣的范圍主要在水倉下坡后以里約70 m內(nèi)，根據(jù)對所取巖樣進行試驗結(jié)果，得出東水倉巷道所處圍巖屬易變形、有膨脹性、受水平地應力影響的破碎軟巖，圍巖的穩(wěn)定性較差.

1 原設計支護與返修設計比較

1.1 原設計

原設計主斷面為4×2.6 m的直墻半圓拱，臨時支護為錨噴網(wǎng)支護，錨桿為1.6 m長的管縫式錨桿，間排距800×800 mm布置，砼噴厚為 120 mm，1 000×1 000 mm的金屬網(wǎng)，永久支護為300 mm厚的素砼支護.

1.2 返修設計

考慮東水倉所處巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水、地應力及巖體工程質(zhì)量等因素，東水倉返修設計的技術(shù)關(guān)鍵是防水、治水與控制圍巖變形.東水倉已掘成巷近一年時間，圍巖已發(fā)生嚴重變形與破壞，塑性松動區(qū)范圍較大，巷道表面圍巖顯破碎狀態(tài)，巷道圍巖的應力釋放與卸壓已很充分.因此，設計支護結(jié)構(gòu)必須采用全斷面封閉支護形式，而且還需有足夠的剛度以控制圍巖的變形量，以彌補因未及時支護導致的圍巖強度降低.

1)支護設計原則

①斷面優(yōu)化與全斷面封閉技術(shù);②防水層支護技術(shù)與注漿加固技術(shù);③剛?cè)嵝灾ёo技術(shù)與預留變形量放壓技術(shù);④最佳二次支護時間判斷技術(shù);⑤U型鋼支護技術(shù)與壁后充填技術(shù).

2)支護設計參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場巖性實查和對巖石所作的碎脹性試驗，對此段巷道分為砂巖段、泥巖段、斷層破碎帶，對不同地段采用不同的支護參數(shù).

(1)砂巖段

①初噴40 mm，復噴50 mm;②注漿錨桿，間排距800 ×800 mm，長度2.2 m，外徑21.5 mm，內(nèi)徑15 mm，在0.8 m處焊6.5 mm直徑的鋼筋擋圈，采用空心樹脂藥卷封孔，封孔長度至少400，注漿長度800，出漿孔直徑8 mm;③鋼筋網(wǎng):縱向與橫向筋分別為直徑6 mm和10 mm，網(wǎng)孔尺寸100×100 mm，接點點焊;④U型鋼支架:作臨時支護，棚距800 mm，采用4段可縮性U29型鋼組成組成，鋼架之間用8組L型拉桿聯(lián)接，其壁后鋪木背板，進行噴砼壁后充填;⑤預留變形量150 mm;⑥底拱:采用粉煤灰與生石灰的混合物;⑦永久支護:現(xiàn)澆300 mm厚的鋼筋砼.

(2)泥巖段與斷層破碎帶支護

由于泥巖段與斷層破碎帶地層中粘土含量很高，使用注漿錨桿支護效果不佳，故采用樹脂錨桿、W鋼帶、錨索、及U型鋼聯(lián)合支護，斷層破碎帶中U型鋼棚距可適當縮小，其它參數(shù)同砂巖段支護.

(3)防水支護

①錨桿注漿加固堵水;②全斷面封閉聚乙烯泡沫塑料墊襯和聚乙烯膜板防水層;③永久支護層防水.

2 現(xiàn)場對返修設計的調(diào)整

現(xiàn)場施工時由于井下施工條件所限，上述設計方案一些設計細節(jié)在現(xiàn)場施工不便操作.由此，我們多次召開東水倉支護專題會，對返修設計中的一些參數(shù)及支護形式進行了相應調(diào)整，并在施工中實施.

2.1 砂巖段

1)取消砂巖段的U型鋼支架，采取其它有效的臨時支護.

2)金屬網(wǎng)采用現(xiàn)場的直徑6.5 mm，1 000×1 000 mm的鋼筋網(wǎng)，搭茬150 mm，不再另行加工.

3)取消注漿錨桿堵水，全部采用樹脂錨桿，頂部錨桿長度2.5 m，底部錨桿長度2 m，然后根據(jù)支護效果再決定是否進行注漿防水.

4)根據(jù)現(xiàn)場施工條件及施工經(jīng)驗，取消粉煤灰與生石灰混合物底拱，采用16#槽鋼反底拱，排距700 mm，槽鋼間用直徑18 mm的鋼筋焊接，鋼筋間距500 mm，然后澆筑砼鋪底.

5)永久支護前先全斷面封閉防水層，再采用現(xiàn)澆厚度300 mm的素砼.

2.2 泥巖段

1)正頂部加打8 m長錨索、兩腮部加打6 m長錨索加固補強.

2)加用W鋼帶與金屬網(wǎng)聯(lián)合支護，底拱部錨桿長度2 m，底拱以上錨桿長度采用3 m.

3)其它支護參數(shù)同砂巖段

2.3 斷層破碎帶

1)將預留變形量由150 mm增至250 mm.

2)其它參數(shù)同泥巖段支護.

3 現(xiàn)場變形量觀測及支護效果

為掌握錨網(wǎng)噴臨時支護后的效果及確定最佳的二次支護時間，及時掌握巷道的變形動態(tài)，我們對砂巖段、泥巖段、斷層破碎帶采取三角形布點觀測法，以掌握巷道在水平與豎直方向的變形，在砂巖段布設二個觀測斷面，6個測點;泥巖段三個觀測斷面，9個測點;斷層破碎帶二個觀測斷面，6個測點;共收集現(xiàn)場基礎數(shù)據(jù)460多個.經(jīng)對數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出:砂巖段變形量在開挖后30 d基本達到穩(wěn)定，泥巖段在臨時支護60 d左右達到變形穩(wěn)定期，斷層破碎帶臨時支護在開挖后90 d基本達到穩(wěn)定狀態(tài)，(此期間圍巖的收斂變形速率小于 0.1～0.2 mm/d)，據(jù)此可確定巷道最佳二次支護時間，可進行永久剛性支護施工.

東水倉剩余124 m段也采用此支護方式進行推廣，經(jīng)竣工驗收并進行了充水試驗，整個巷道使用狀況良好，達到了設計要求.

3 結(jié)論

在軟巖巷道，尤其是元氏礦井構(gòu)造復雜、圍巖為軟巖的地質(zhì)條件下，采用傳統(tǒng)的支護形式往往不能起到良好支護效果，施工與設計時應重點注意以下幾點:

1)軟巖巷道的支護必須具有足夠的支承強度與剛度，支護體要具有一定的變形量.

2)加強施工中對水的控制與管理，借鑒地鐵全斷面封閉聚乙烯泡沫塑料墊襯和聚乙烯膜板防水層技術(shù)，采取防水層全斷面對巷道進行封閉和永久支護層防水，既保證水倉水不向圍巖滲漏，又保證水不由圍巖向水倉滲漏.

3)巷道開挖后及時錨噴進行臨時支護，防止圍巖風化，以保護圍巖的完整性.巷道的臨時支護應采取柔性支護，允許巷道變形;并預留一定的變形量，作為支護體的一部分.

4)加強對巷道底板的支護，控制巷道底鼓，必要時可采用做底拱增加巷道底板的強度.

5)巷道進行臨時柔性支護后，必須經(jīng)過一定時間的應力釋放與卸壓，根據(jù)觀測結(jié)果，當圍巖收斂變形量達預留變形量的80% ～90%時，或變形速率為0.1～0.2 mm/d時，為最佳二次支護時間，然后再進行永久剛性支護，剛、柔支護相結(jié)合，達到好的支護效果.

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