千米深井軟巖巷道嚴(yán)重底鼓治理工程實(shí)踐

千米深井軟巖巷道嚴(yán)重底鼓治理工程實(shí)踐中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）何富連教授Email:fulianhe@Tel010-62339989礦井地壓顯現(xiàn)、對(duì)策及新材料應(yīng)用專題第一章冀中能源邢東礦深井軟巖巷道底鼓治理第二章徐礦新安煤礦深井極軟巖巷道底鼓治理第三章國(guó)投新集口孜東深井軟巖巷道底鼓治理匯報(bào)提綱23巷道底板破壞現(xiàn)狀邢東礦有兩個(gè)開(kāi)采水平，目前隨著礦井開(kāi)采由-760水平向-980水平延伸，深井軟巖巷道圍巖控制難題日益突出，圍巖膨脹松動(dòng)破碎、變形量大，支護(hù)體嚴(yán)重破壞，需要不停地進(jìn)行臥底、刷幫、補(bǔ)強(qiáng)等整修工作。該礦曾一度將巷道支護(hù)強(qiáng)度加大和增加錨桿與錨索的長(zhǎng)度，但此種方法支護(hù)效果不明顯，底鼓仍十分嚴(yán)重。1.1邢東礦深井軟巖巷道底鼓現(xiàn)狀高阻力全封閉多邊形工鋼支架支架結(jié)構(gòu)圖高阻力全封閉多邊形工字鋼支架由四部分組成，包括頂梁、底梁和兩側(cè)梁，四部分采用高強(qiáng)螺紋連接件固定。

4頂梁和底梁采用28b熱軋普通工字鋼，抗彎能力是普通U36和礦用12#工字鋼的3～4倍。側(cè)梁采用22b熱軋普通工字鋼，抗彎能力是普通U36和礦用12#工字鋼的2倍以上。1.2高阻力全封閉多邊形工字鋼支架治理底鼓實(shí)例側(cè)梁結(jié)構(gòu)圖

5支架結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)斷面利用率高力學(xué)性能良好安裝方便頂梁與側(cè)梁連接部位支架側(cè)梁的〔〕型結(jié)構(gòu)充分利用部分頂板壓力進(jìn)行護(hù)幫，支架的整體承載能力成倍提高，各梁之間采用高強(qiáng)螺紋連接件進(jìn)行固定，增加了支架的抗扭能力。1.2高阻力全封閉多邊形工字鋼支架治理底鼓實(shí)例頂梁結(jié)構(gòu)圖邢東礦主副暗第一聯(lián)巷位于主暗斜井和副暗斜井之間，頂?shù)装鍘r性以泥巖和炭質(zhì)泥巖為主，底板裂隙發(fā)育，遇水軟化。巷道頂幫原設(shè)計(jì)方案為錨網(wǎng)索支護(hù)，底板無(wú)支護(hù)。維護(hù)現(xiàn)狀：巷道頂板下沉、兩幫內(nèi)擠和底鼓均十分嚴(yán)重。

6巷道修復(fù)設(shè)計(jì)方案為：錨桿索+架棚+注漿。具體工藝流程：擴(kuò)刷至設(shè)計(jì)斷面→張拉原有錨索、補(bǔ)打錨桿索、掛金屬網(wǎng)→安裝高阻力全封閉多邊形工字鋼支架→噴砼封閉支架→全斷面補(bǔ)打注漿錨桿→注漿→底板澆筑混凝土。1.2高阻力全封閉多邊形工字鋼支架治理底鼓實(shí)例高阻力全封閉多邊形工字鋼支架支護(hù)圖

71.2高阻力全封閉多邊形工字鋼支架治理底鼓實(shí)例由上圖可知，采用該支架后，底鼓量明顯減小，說(shuō)明錨桿索+高阻力全封閉多邊形工字鋼支架+注漿支架能有效控制巷道底鼓。邢東礦主暗聯(lián)絡(luò)巷長(zhǎng)度70m，位于2#煤層中，坡度10～15°，設(shè)計(jì)矩形斷面寬×高=4000Х3500mm，采用錨網(wǎng)支護(hù)，巷中與另一條巷道十字立體交叉，由于受構(gòu)造及地應(yīng)力的影響，巷道底鼓、變形嚴(yán)重，經(jīng)多次整修，仍無(wú)法正常通行及使用。

8底板錨索束加固方案：(1)底板錨索束由三根φ17.8×10500mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線組成，與工字鋼組合梁和三孔托盤(pán)聯(lián)合；1.3錨索束治理底鼓工程實(shí)例底板錨索束布置圖

9底板工字鋼組合梁與錨索束鉆孔位置圖(2)底板錨索束布置：采用排式布置，排距2.0m，每排3根，兩側(cè)錨索束距幫0.5m，外擺15°，中部錨索束垂直底板布置；(3)鉆孔參數(shù)：采用φ80mm鉆頭打孔，孔深10m。1.3錨索束治理底鼓工程實(shí)例第一章冀中能源邢東礦深井軟巖巷道底鼓治理第二章徐礦新安煤礦深井極軟巖巷道底鼓治理第三章國(guó)投新集口孜東深井軟巖巷道底鼓治理匯報(bào)提綱1011新安礦井深在750～1100m之間，地應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力大，針對(duì)極軟巖巷道的突出問(wèn)題，采用支護(hù)方式有錨網(wǎng)噴支護(hù)、架棚支護(hù)等，但支護(hù)效果不明顯。經(jīng)過(guò)多次翻修后，在較短的時(shí)間內(nèi)又出現(xiàn)大變形破壞現(xiàn)象，錨桿索失效，混凝土開(kāi)裂，底臌十分嚴(yán)重。部分巷道每米返修成本近8萬(wàn)元，巷修投資成本巨大。集中皮帶巷破壞現(xiàn)狀如下圖。巷道底鼓1.8m頂板泥化軟巖溢出軌道傾斜2.1新安礦深井極軟巖巷道底鼓現(xiàn)狀122.2全封閉高強(qiáng)度格柵拱架混凝土砌碹控制技術(shù)全封閉高強(qiáng)度格柵拱架結(jié)構(gòu)頂梁兩側(cè)立柱底板反底拱全封閉高強(qiáng)度格柵拱架由頂梁、兩幫立柱、底板反底拱拼裝而成。拱架各部分拼裝采用焊接的角鋼通過(guò)螺栓連接，并增加連接筋，以提高連接處結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。格柵拱架拼裝后，澆筑混凝土，最終形成全封閉高強(qiáng)度格柵拱架混凝土砌碹。132.2全封閉高強(qiáng)度格柵拱架混凝土砌碹控制技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：格柵拱(鋼拱架)施工是具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、用鋼量少、受力結(jié)構(gòu)條件好、加工制造方便、架設(shè)工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。適用條件：Ⅳ級(jí)及以上圍巖，尤其在膨脹性泥巖、松散堆積體、碎石土、地下水較發(fā)育的巷道地段使用效果較好。格柵拱架混凝土砌碹142.3全封閉高強(qiáng)度格柵拱架混凝土砌碹治理底鼓實(shí)例集中皮帶巷控制對(duì)策：巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)由初次錨網(wǎng)帶噴形成的外圈支護(hù)結(jié)構(gòu)和全封閉高強(qiáng)度格柵拱架混凝土砌碹形成內(nèi)圈承載結(jié)構(gòu)組成，并通過(guò)二次錨索加強(qiáng)支護(hù)將外圈支護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)圈承載結(jié)構(gòu)組合起來(lái)，最終形成高強(qiáng)度、高剛度的錨殼支護(hù)結(jié)構(gòu)。集中皮帶巷巷修施工工藝流程分兩階段第一階段：斷面擴(kuò)刷+錨網(wǎng)噴支護(hù)(1)擴(kuò)刷巷道上左斷面→噴漿封閉圍巖→錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼帶進(jìn)行支護(hù)；(2)擴(kuò)刷巷道上右斷面→噴漿封閉圍巖→錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼帶進(jìn)行支護(hù)；15(3)頂幫錨索支護(hù)；(4)復(fù)噴混凝土，覆蓋初次支護(hù)中的錨桿、金屬網(wǎng)、鋼帶和錨索；(5)滯后上分層一定距離進(jìn)行下分層擴(kuò)刷和臥底，同時(shí)完成幫、角、底初次錨網(wǎng)噴支護(hù)，并提前打好注漿錨桿；(6)利用噴漿回彈料封閉巷道底板。頂幫錨桿支護(hù)圖頂幫錨索支護(hù)圖2.3全封閉高強(qiáng)度格柵拱架混凝土砌碹治理底鼓實(shí)例底板錨桿支護(hù)圖注漿錨桿支護(hù)圖16全封閉高強(qiáng)度格柵拱架施工2.3全封閉高強(qiáng)度格柵拱架混凝土砌碹治理底鼓實(shí)例第二階段：全封閉高強(qiáng)度格柵拱架混凝土砌+注漿+錨索加固(1)滯后一定距離進(jìn)行格柵拱架的安裝固定；(2)待格柵拱架固定好后，進(jìn)行模板拼裝，再進(jìn)行混凝土澆注，澆注時(shí)先從底板反底拱和底角部分做起，然后再施工拱頂部分；(3)待鋼筋混凝土砌碹達(dá)到一定強(qiáng)度后，進(jìn)行二次錨索安裝以形成復(fù)合錨殼支護(hù)結(jié)構(gòu)；(4)實(shí)施全斷面注漿加固。二次錨索加強(qiáng)支護(hù)布置圖17支護(hù)效果實(shí)照集中皮帶巷監(jiān)測(cè)斷面收斂曲線礦壓觀測(cè)結(jié)果：全封閉高強(qiáng)度格柵拱架混凝土砌碹巷道支護(hù)3個(gè)月后，底鼓量?jī)H3mm，說(shuō)明該支護(hù)方案能夠有效控制巷道的變形，保證巷道圍巖穩(wěn)定。2.3全封閉高強(qiáng)度格柵拱架混凝土砌碹治理底鼓實(shí)例第一章冀中能源邢東礦深井軟巖巷道底鼓治理第二章徐礦新安煤礦深井極軟巖巷道底鼓治理第三章國(guó)投新集口孜東深井軟巖巷道底鼓治理匯報(bào)提綱1819口孜東礦一水平標(biāo)高定為-967m，二水平為-1200m。地應(yīng)力大，巖體破碎，加之上巨厚表土層及薄基巖等諸多復(fù)雜地質(zhì)因素的影響，致使圍巖呈現(xiàn)出明顯的軟巖特性。巷道“前掘后修”、“多次返修”等問(wèn)題嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，井下90%巷道至少經(jīng)過(guò)一次修護(hù)，部分巷道經(jīng)過(guò)多次修護(hù)臥底施工。掘進(jìn)后即出現(xiàn)一系列破壞現(xiàn)象：錨桿索斷裂、頂板漿皮開(kāi)裂及脫落、兩幫鼓出、底鼓等，最終導(dǎo)致巷道失穩(wěn)損壞。幫部鼓出棚腿斷裂底鼓嚴(yán)重3.1口孜東礦深井軟巖巷道底鼓現(xiàn)狀鋼管混凝土支架鋼管混凝土支架是近年來(lái)一種新興的支護(hù)形式，其承載能力是同等級(jí)U型棚的3-5倍，它是在鋼管外殼內(nèi)填裝混凝土組成的現(xiàn)代構(gòu)件。203.2鋼管混凝土支架控制技術(shù)工作原理：鋼管殼約束作用使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使夾心混凝土具有更高的抗壓強(qiáng)度，內(nèi)填混凝土與鋼管管殼共同承受軸向壓力。結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：鋼管混凝土構(gòu)件具有圓柱狀外形，是當(dāng)前科學(xué)合理的截面形狀，抗彎剛度大，無(wú)異向性，不易扭曲變形。21口孜東礦北翼軌道石門尾部采用鋼管混凝土支架，設(shè)計(jì)巷道斷面為淺底拱圓形。巷道修復(fù)工藝流