桃园煤矿二水平泵房围岩锚注加固技术

孔 融 翟佳道 冯国海(淮北矿业集团公司桃园煤矿 安徽 宿州 234116)

1 泵房概况

桃园煤矿二水平泵房和变电所初始支护均采用高强锚网支护，已有永久支护设计为一次高强锚网支护的基础上，再采用二次锚网支护和钢筋混凝土碹作永久支护的联合支护方式，作为矿井深部开采水平的核心硐室，其维护状况好坏对矿井意义重大，但上述硐室掘出不到一年，就产生了变形和破坏；马头门采用550mm厚的钢筋混凝土碹作永久支护的区域，仍出现裂纹，北侧勺山墙开裂严重的破坏现象；同时二水平巷道大面积出现底臌等破坏现象。严重威胁泵房的正常使用。

2 破坏原因及加固措施

一般造成巷道失稳破坏的主要原因有两个方面:一是岩性,二是支护围岩关系差。由于施工初期,碹体与围岩间留下大量空隙,致使碹体受集中载荷,大大降低其承载能力。底臌严重是软岩巷道变形与破坏的重要特征。为了保持泵房的正常使用,须进行卧底维修,但随之使帮脚内移。加剧了泵房砼碹肩部的大面积帮裂,也在横梁上产生了很大挤压力,致使横梁严重弯曲。在集中力和底臌的作用下,软岩硐室的实际承载能力较低。只有理论承载能力的1/5～2/5。这是软岩硐室严重破坏的主要原因。

根据以上分析,拟采用锚注加固。对于节理裂隙发育的软岩,注浆可改变围岩的松散结构,提高粘结力和内摩擦角,封闭裂隙阻止水对岩体的侵蚀,使岩体强度显著提高,从而大大提高围岩的自承能力。同时巷道围岩的充填改善了原支护的受力状况,而且这种方法不影响泵房的正常运营,易于实施,成本低廉。由于泵房围岩相当破碎,原支护围岩孔隙、裂隙相当发育,注浆分浅孔注浆和深孔注浆二步进行。为了防止浆液大量泄漏,保证注浆效果,在浅孔注浆前,对帮裂或突出比较严重的地段实施喷浆。浅孔注浆的目的是:①充填浅部孔隙、裂隙,改变原支护的受力状况,使混凝土碹由受集中载荷到受均布载荷。②提高浅部破碎岩体的可钻性。③有利于增加深孔注浆的加固效果。深孔注浆的主要目的是使围岩由松散结构变为整体结构,使岩体强度显著提高,从而大大提高围岩的自承能力。同时大大改善原支护的受力状况,提高原支护的承载能力。通过锚杆将注浆加固圈与锚带网索喷组合在一起形成共同承载体系,大幅度提高支护系统对围岩的阻力。

3 实施效果

3.1 注浆参数测试结果

浅孔注浆共用了110根锚杆,共注了50680kg水泥,平均每孔注46kg,除去注不进浆的锚杆孔,平均每孔注水泥70kg。深孔注浆共用了228根锚杆,共注了53530kg水泥,平均每孔注了237kg。其中注浆量最大的孔注了1000kg水泥。如此大的注浆量说明岩层裂隙相当发育,平均裂隙率4141～7134%。从浆液扩散情况看,泵房注浆以充填注浆为主,大约占80%,只有20%的浆液渗透到微小裂隙,而且只在深部局部起渗透作用,浅部主要以充填为主。充填大大地改善了原支护巷道的受力状况。

3.2 围岩力学性能测试结果

将取出的岩芯在室内进行物理力学性质测定,实验结果表明,注浆使巷道围岩物理力学性质得到明显改善。原岩体破坏前的单轴抗压强度为1600MPa,弹性模量为3470MPa,抗拉强度为0185MPa,泊松比为0124。锚注后,巷道围岩由强度很低的破碎岩体胶结在一起,接近于原岩体破坏前的强度。单轴抗压强度为1518MPa,弹性模量为2483MPa,抗拉强度为0182MPa,泊松比为013。按照我国《工程岩体分级标准》(送审稿),锚注后的岩体质量可提高一个级别。泵房锚注后围岩由软弱岩体提高到较软弱岩体。围岩的自承能力大大加强。

3.3 巷道周边位移观测结果

如图1-1所示，采用围岩锚注加固支护技术后，支护效果非常明显，长达一年的观测结果表明,与锚注前相比,各个断面的位移及位移速度明显减小,变形得到了明显的控制。锚注前四个多月顶板位移量最大达42mm,位移速度峰值达0129mm/d。两帮位移量最大达15mm,位移速度峰值为011mm/d。锚注过程中,各个断面两帮位移量最大达5mm,位移速度峰值为0122mm/d。但分析可以发现位移量较大发生在以下区域:

图1-1 泵房围岩锚注加固支护效果图

3.3.1 没有注浆的区域

3.3.2 整个断面只部分注浆,注浆停留时间过长

锚注刚结束时,各个断面的位移明显减小,两帮最大位移为2mm,位移速度峰值为0104mm/d。顶板最大位移为2mm,位移速度峰值为0109mm/d。锚注后四个多月进行观测,没有发现明显位移。

4 结论

由以上测试结果和理论分析说明,锚注加固起到了很好的效果。注浆使岩体强度显著提高。使围岩的破碎岩体由被动承载到主动承载,发挥围岩的自承能力。通过锚杆将注浆加固圈与原锚带网索喷支护组合在一起形成共同承载体系,从而大大提高原支护对软岩的支护效果。同时注浆还起隔水防止风化的作用,从根本上改善了软岩硐室的支护面貌。

成功解决了桃园矿二水平埋深850m深井大断面软岩硐室支护难题，且巷道支护状况良好，保证了桃园矿二水平深部开采水平的正常开拓。泵房、变电所是二水平深部开采的核心硐室，通过采用围岩锚注加固技术，能长期有效控制巷道围岩有害变形，为变电所和泵房内部基础设施和设备正常工作提供安全、可靠的井下环境，保障了桃园二水平深井正常、安全和高效开采。

桃园矿二水平深井大断面硐室支护采用围岩锚注加固技术，取得了显著的经济效益，并在桃园矿二水平得到了推广应用，为解决该矿深井软岩巷道的支护难题提供了一条有效途径。

［1］柏建彪，侯朝炯，杜木民，等.复合顶板极软煤层巷道锚杆支护技术研究[J].岩石力学与工程学报,2001.

［2］李明远，王连国，易恭猷，等.软岩巷道锚注支护理论与实践[M].北京：煤炭工业出版社，2001.