B090206 向斜轴应力区绞车硐室修复技术.doc

向斜轴应力区绞车硐室修复技术

许 平 徐相柱 卜照龙 吕国臣 乔 勇
[阜新矿业集团公司，辽宁 阜新 123000]

摘 要 针对艾友煤矿107区二阶段绞车硐室变形原因的探究，分析原支护方案中存在的问题，根据支护理论，采用二次支护、卸压、注浆等修复措施，取得了良好修护的效果。
关键词 向斜轴 应力区 硐室 二次支护 卸压 注浆
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前 言

107区二阶段绞车硐室布置在向斜轴应力区，位于107区南部、F15断层西侧，北部为107回风上山、107皮带上山，东南部为7414掘进工作面和7416未设计工作面，南部靠近β3岩墙，巷道底板标高-735m，地表标高+131.3m。受多种因素影响，107区二阶段绞车硐室形成后一直处于流变状态，变形极为严重，集中表现在顶板喷层出现严重开裂、脱落现象，巷道变形收敛，有效断面减小，绞车基础严重底臌，致使绞车无法正常使用。尽管巷道几经维修，但仍未能有效地控制其变形。为此，决定采用二次锚、带、网、喷+索+注浆联合支护技术，结合卸压等技术，取得了较好的效果。为此急需再次扩修，以确保该区运输提升的正常进行。

1 破坏原因分析

107区二阶段绞车硐室顶板为泥质页岩、砂岩，底板上部为1.5m左右煤层，以下为泥岩。通过对现场施工情况及矿压监测数据的分析，判断巷道破坏原因是：
① 围岩呈显著的软岩特征，围岩膨胀变形。底板至覆岩的结构以泥质页岩为主，而且夹煤层，普氏硬度系数较低为0.9～1.2，自稳性差，矿山压力显现比较明显。
② 绞车硐室布置在向斜轴应力区，压力重心偏移，造成巷道加速位移。
③ 围岩受采掘动压影响明显，采动影响范围在180m左右，7414工作面掘进活动影响，使107区二阶段绞车硐室围岩的变形加剧。
④ 初期施工对围岩的破坏，巷道围岩较为破碎、松软。
⑤ 原设计采用的锚、网、喷支护方式与围岩条件不适应，支护强度达不到要求，所以，巷道在强大的采动压力和构造应力作用下，产生失稳性变形，使巷道不能满足使用需要。

2 修复形式

2.1 二次支护
通过对107区二阶段绞车硐室围岩变形量的测定，确定了三向压力的移动情况及绞车硐室的弱面。根据深部巷道支护先柔后刚、先让后抗、柔让适度的原则，一次支护在保证围岩稳定的条件下允许有一定变形，释放压力，在合适的时间进行二次支护。二次支护加大了巷道支护密度，增加巷道支护强度，保持巷道的支护质量。
2.2 卸压
7414运输顺槽临近107二阶段绞车硐室，在顺槽内按3°角布置直径75mm钻孔到绞车硐室底部，使压力导向弱面，降低绞车硐室以外的压力对绞车硐室的影响，控制巷道底臌。
2.3 注浆加固

高地应力区的强水平应力作用于顶板岩层，产生剪切破坏，诱发顶板离层。在富含软弱夹层的薄层状顶板中，由于弱面和夹层强度很低，自重应力就可导致巷道冒顶，巷道出现随掘随冒的现象。利用注浆充填离层后出现的裂隙，使顶板形成一个整体，增加支撑强度，从而控制离层后应力的叠加。

3 修复技术参数

绞车硐室修复采用二次锚、带、网、喷+锚索+注浆联合支护、卸压等措施。
（1）二次支护参数
二次支护锚杆采用直径22mm、长2400mm高强度锚杆，间排距为800×800（mm）；托盘采用130×130×8（mm）的锰钢碟形高强度托盘。
锚索为直径17.8mm、长6000mm的钢绞线，间排距为800×800（mm），托盘采用200×200×8（mm）的锰钢碟形高强度托盘，锚索滞后锚杆施工。
为控制绞车硐室巷道基础变化，采用了安设底脚锚杆的支护方式，底脚锚杆的直径为20mm、长2000mm，锚杆排距为800mm。
（2）注浆
注浆前先喷混凝土封闭巷道表面，喷浆厚为100mm，设计强度C20。用美固MP364型胶结物进行深部注浆。注浆锚杆直径为22mm、长3000mm，其间排距为1500×1500（mm），注浆锚杆与巷道轮廓线垂直，角度不小于75°，锚杆外露50至80mm。深部注浆完成后，用快速水泥进行二次注浆补强，根据具体情况，对开裂处补喷混凝土，喷射厚度为50mm，设计强度C20。最后安设直径22mm、长2000mm的注浆锚杆，注水泥浆，注浆材料为42.5#水泥。
（3）卸压
卸压方式为，在绞车硐室周围沿巷道底板挖600×300（mm）的卸压槽；从卸压槽底按间距1000mm布置直径42mm、深1500mm的卸压孔；利用运输顺槽，在绞车硐室底部1500mm～2000mm范围内钻直径75mm卸压孔，孔间距为500mm。
107绞车硐室修复如图1所示。

图1 绞车硐室修护方式示意图

4 支护效果

为观测绞车硐室在修复前后的变化，设4个观测站，修复前观测45天（见表1），修复后观测56天（见表2），每天观测一次，并对观测结果进行分析，计算巷道平均移近量。

表1 修复前45天观测数据

两帮
顶板
底板

移近量/mm
移近速度/mm·d-1
下沉量/mm
下沉速度mm·d-1
底臌量/mm
底臌速度/mm·d-1
1＃站
60
1.33
45
1.00
170
3.78
2＃站
40
0.89
/
/
40
0.89
3＃站
50
1.11
/
/
50
1.11
4＃站
60
1.33
40
0.89
150
3.33
平均

1.17

0.95

2.28
表2 修复后56天观测数据

两帮
顶板
底板

移近量/mm
移近速度/mm·d-1
下沉量/mm
下沉速度mm·d-1
底臌量/mm
底臌速度/mm·d-1
1＃站
10
0.18
5
0.09
40
0.71
2＃站
10
0.18
/
/
15
0.27
3＃站
10
0.18
0
0
5
0.09
4＃站
10
0.18
10
0.18
10
0.18

0.18

0.14

0.31
观测结果表明，采用二次锚、带、网、喷+锚索+注浆联合支护、卸压等措施，达到了硐室使用要求。

5 结 论

通过采用对107区二阶段绞车硐室修复的实践，根据矿压观测数据的分析，得出了以下几点结论：
① 注美固MP364型胶结物，填充了围岩之间的裂隙，将松软破碎围岩凝固成一体，与原岩形成为一个整体，提高了岩体强度。注浆充填围岩裂隙，配合锚、网、喷支护，从而扩大了支护结构的有效承载范围，提高了支护结构的整体性和承载能力。
② 注浆后，注浆液填充了松动圈，作用在拱顶、两帮的压力得到有效的控制，并将荷载传递到底板。由于组合拱厚度的加大，减小了作用在底板上的荷载集中度，从而减小底板岩石中的应力，减弱底板的变形，减轻了底臌。底板的稳定，有助于两帮的稳定，在底板及两帮稳定的条件下，又能保持拱顶的稳定。
③ 注浆加固使锚杆实现了全长锚固，从而提高了锚杆的锚固力和可靠性，保证了支护结构的稳定；且注浆锚杆本身亦为全长锚固锚杆，它们共同将多层组合拱联成一个整体，共同承载，提高支护结构的整体性。
④ 注浆使得支护结构的厚度加大，围岩作用在支护结构上的荷载所产生的应力得到控制，增加了支护结构的承载能力，扩大了支护结构的适应性。

第一作者简介 许 平 男，1953年出生，辽宁阜新人。现任阜新矿业（集团）公司副总工程师，高级工程师。

（收稿日期：2008-04-18；责任编辑：王方荣）