白曉生

（山西汾西香源煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 交城 030500）

引言

香源煤業(yè)中央變電所布置于2號煤層中，北鄰1200工作面（已采），南部為未采區(qū)，西鄰材料斜井，東部為整合前小窯空巷，下部為采區(qū)回風(fēng)下山，上部無采掘活動(dòng)，見圖1。中央變電所采用“錨網(wǎng)噴+錨索”聯(lián)合支護(hù)。但在附近有采掘活動(dòng)后，礦壓進(jìn)一步增大，同時(shí)受1200工作面采動(dòng)影響嚴(yán)重，中央變電所出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的變形顯現(xiàn)，曾多次組織維修，變電所仍不能正常運(yùn)行。鑒于以上經(jīng)驗(yàn)，采用先釋放壓力，后對變電所進(jìn)行優(yōu)化修復(fù)、加固，有效地控制了變形的再發(fā)生。

圖1 香源煤業(yè)中央變電所四鄰關(guān)系圖

1 中央變電所變形概況

香源煤業(yè)中央變電所底鼓現(xiàn)象較為典型。當(dāng)中央變電所出現(xiàn)變形后，主要表現(xiàn)為局部墻體鼓脹、底板混凝土出現(xiàn)裂縫并隆起、兩幫移近、噴層開裂、防火門不能關(guān)閉等現(xiàn)象，兩幫移近量最大為50.8 mm/月，底鼓量在420 mm左右，平均達(dá)到230～300 mm。變電所按常規(guī)修復(fù)后時(shí)間不長又出現(xiàn)了與原先類似的變形。

2 中央變電所變形原因

2.1 自然條件

由于中央變電所的直接頂為砂質(zhì)泥巖，底板為泥巖，局部地段相變?yōu)樯百|(zhì)泥巖，頂板巖層層理、節(jié)理發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造斷層較多，造成巷道頂、幫圍巖穩(wěn)定性差。

2.2 開采條件

臨近1200工作面已采完，上附近整合前采區(qū)軌道下山正下方存在小窯空巷，再加上采區(qū)回風(fēng)下山為老巷。這些巷道支護(hù)方式簡單、長期失修，抗變形能力較低，造成老巷圍巖應(yīng)力多次反復(fù)失衡，使中央變電所處于高壓區(qū)。

3 原支護(hù)方案及存在的主要問題

中央變電所斷面形狀為直墻半圓拱形，墻高2.4m，凈寬4.8 m，凈高4.8 m，原支護(hù)采用“錨網(wǎng)噴+錨索”聯(lián)合支護(hù)，噴漿厚度250 mm，錨桿間排距800 mm×800 mm，錨索間排距為1 600 mm×1 600 mm，呈矩形布置，全斷面鋪設(shè)由Φ6.5 mm的鋼筋制成，網(wǎng)幅為2 m×1 m，網(wǎng)格為70 mm×70 mm的鋼筋網(wǎng)片支護(hù)。由于變電所布置于2號煤層頂?shù)装甯浇皵鄬悠扑閹В瑖鷰r巖性差、強(qiáng)度低，采用單一的錨網(wǎng)噴支護(hù)系統(tǒng)很難有效維護(hù)硐室穩(wěn)定，修復(fù)時(shí)仍采用常規(guī)的加固修復(fù)方案，支護(hù)效果不佳。

4 優(yōu)化維修加固方案設(shè)計(jì)

針對以往經(jīng)驗(yàn)和工程類比法多方案的比較，采用先釋放壓力和硐室變形量反復(fù)平衡后，考慮到硐室的服務(wù)期及重要性，決定采取中央變電所主體硐室局部地段變形處頂幫采用錨網(wǎng)噴修復(fù)，底板采用起底硬化修復(fù)作為硐室加固修復(fù)的輔助方案。重點(diǎn)對中央變電所以北的采區(qū)軌道下山正下方小窯舊巷進(jìn)行混凝土充填后，再對中央變電所下部的采區(qū)回風(fēng)下山進(jìn)行“錨網(wǎng)棚（帶底拱）+澆筑”聯(lián)合支護(hù)方式處理。

5 維修加固工序

1）中央變電所附近無采掘活動(dòng)，間隔時(shí)間為2年，以使中央變電所所受動(dòng)壓穩(wěn)定后，不再受采動(dòng)影響，從而恢復(fù)原設(shè)計(jì)斷面。

2）中央變電所內(nèi)部先采用處理脫皮、幫鼓，松幫釋放側(cè)壓。然后補(bǔ)打錨桿掛網(wǎng)噴漿，封閉圍巖，防止風(fēng)化。

3）起底，清除底鼓量。底板澆筑硬化時(shí)巷道中間預(yù)留200 mm×200 mm的伸縮縫，兼做水溝，以釋放底板巖層的應(yīng)力。

4）對變電所外部的采區(qū)軌道下山正下方小窯舊巷采用打眼預(yù)注漿充填方式處理。由于采區(qū)軌道下山底板與舊巷頂板間距最大為4.6 m，在采區(qū)軌道下山的軌道左右兩側(cè)用鉆機(jī)施工兩列充填眼，孔徑Φ94 mm，充填眼距左右?guī)透?.5 m，充填眼呈“三花”型垂直向下布置，眼距為3m，深度根據(jù)實(shí)際探通間距為準(zhǔn)。共計(jì)施工充填孔50個(gè)。充填采用噴漿機(jī)將噴漿管伸入充填眼內(nèi)充填混凝土（混凝土為汾西礦業(yè)集團(tuán)水泥廠生產(chǎn)噴漿料）對舊巷進(jìn)行充填。充填時(shí)第一個(gè)充填眼注滿填實(shí)后，方可充填下一充填眼。充填過程中將水灰質(zhì)量配比為1∶1，稀釋混凝土并能夠充分填實(shí)舊巷。

5）重點(diǎn)對中央變電所下部的采區(qū)回風(fēng)下山采取挑頂、擴(kuò)幫、拉底改造，在保證通風(fēng)斷面的情況下，采用“錨網(wǎng)＋29U型鋼拱棚＋混凝土澆筑”進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。錨桿選用Φ20 mm×2 000 mm左旋螺紋鋼，采用垂直于巷道輪廓線布置，間排距為900 mm×900 mm。全斷面鋪設(shè)由Φ6.5 mm的鋼筋焊接成的網(wǎng)格100 mm×100mm，網(wǎng)幅1 m×2 m的鋼筋網(wǎng)片。拱型鋼棚選擇凈寬2.7 m（R=1.35 m）的3節(jié)半圓拱形直腿可收縮性29U型鋼拱棚支護(hù)，棚距800 mm（中對中），柱窩深200 mm，為防止底鼓在底部增設(shè)一組29U型鋼特制底拱與兩側(cè)拱腿相搭接，形成全斷面封閉式支護(hù)。棚設(shè)計(jì)6道拉鉤，拉鉤采用圓鋼（730 mm×18 mm），拱節(jié)間搭接長度為400 mm，用8道卡攬固定，并在兩側(cè)拱腿上加焊限位塊用以固定底拱，拱架后全斷面鋪設(shè)砼背板，選用長×寬×厚=1 200 mm×150 mm×60 mm砼背板花背。全斷面一次澆筑厚度200 mm，底板澆筑厚度400 mm，砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30。澆筑結(jié)束后要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)28 d，前7 d每班灑水養(yǎng)護(hù)1次，后21 d每天灑水養(yǎng)護(hù)1次。此支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是用錨桿作為一次支護(hù)的同時(shí)，用29U型鋼棚作為二次支護(hù)，再用混凝土澆筑連為整體，具有“先柔后鋼”特性，既確保了采區(qū)回風(fēng)下山的穩(wěn)定性，又保證了中央變電所的安全性。

6 維修加固效果監(jiān)測

維修前，對中央變電所進(jìn)行了布點(diǎn)觀測，觀測時(shí)間為24個(gè)月，每10 d觀測一次，最大每月頂?shù)装逡平?6.4 mm/月，兩幫移近量30.8 mm/月，于第5～16月變形最大，于第20個(gè)月開始基本趨于平穩(wěn)。

經(jīng)過優(yōu)化維修加固后，對中央變電所進(jìn)行了長達(dá)12個(gè)月布點(diǎn)觀測，通過布點(diǎn)觀測，每15 d觀測一次，最大每月頂?shù)装逡平繛?.012 mm/月，兩幫最大移近量0.034 mm/月。于第1—5月變形最大，于第9個(gè)月中央變電所變形量已基本為零，在觀測時(shí)間段內(nèi)沒有出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，達(dá)到了支護(hù)設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)論

1）針對變形巷道，應(yīng)綜合分析變形因素，找出主導(dǎo)因素，對癥采取措施治理。

2）處理服務(wù)年限較長的變形巷道，最好采用先釋放壓力，再選擇維修加固方案；采用“錨網(wǎng)＋29U型鋼拱棚＋混凝土澆筑”聯(lián)合支護(hù)方式可以有效控制圍巖變形，降低變形速度，使圍巖形成新的承載結(jié)構(gòu)，具有“先柔后鋼”的特性。將松動(dòng)巖體與深部穩(wěn)定巖體融為一體的被動(dòng)支護(hù)，提高了巷道的抗災(zāi)變形能力，從而達(dá)到巷道長期使用和降低返修率的目的。

3）有效解決了在動(dòng)壓影響下巷道支護(hù)的難題，為深部開采及礦壓復(fù)雜條件下的大斷面巷道支護(hù)提供了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有很好的推廣價(jià)值。

（編輯：趙婧）