复杂条件下大断面硐室底板加固技术实践与应用

罗建强

（冀中能源股份有限公司救护大队，河北 邢台 054000）

河北省冀中能源股份有限公司葛泉矿地质条件复杂，构造发育，压力大。特别是葛泉矿南翼大部分开拓巷道、硐室存在应力集中现象，硐室、巷道底鼓变形破坏严重，虽经多次卧底翻修，仍不能保持巷道、硐室稳定，因此采取行之有效的措施进行修复加固，降低巷道维修成本，减少巷道维修给生产带来不利影响，保证矿井长远发展具有重要意义。

1 工程概况

南翼一采区变电所位于南翼-190大巷左翼口附近，布置岩层位强度低，岩层节理裂隙发育，地压大，稳定性差。该硐室长25m，断面立墙半圆拱，宽4.5m，高3.7m，初次顶板支护采用锚喷，用1.8m长缝管锚杆，间排距 800×800mm，配以 1m×1m金属网，混凝土喷层厚100mm，变电所底板进行水泥浇筑，浇筑厚度300mm。在变电所施工结束后，进行了数次维修。维护后在硐室顶板补打22×2200mm螺纹钢锚杆，间排距800×800mm，同时配以 1×1m金属网；此外补打 φ17.8×6000mm锚索线配以2m12#槽钢,加强支护，顺巷布置三排,前后间距2m，基本控制了顶板及两帮的变形。而底板数次卧底后，仍采用混凝土浇筑，浇筑厚度300mm，虽经多次维修，如今底板凸形外移，硐室口底板浇筑混凝土成整体抬起，两侧悬空，里段浇筑底板自巷中分裂开，向两侧倾斜，而供电设备放置在浇筑底板上，给安全及生产带来较大隐患。由于该变电所负责南翼一采区工作面开采、掘进及南翼三采区开拓施工供电设备存放，要求在不影响生产前提下，保证施工进度和底板支护强度，避免影响采区生产以及底板再次失稳破坏，因此采取有效技术方案和施工措施势在必行。

2 底板破坏原因分析

2.1 通过对变电所硐室长期维护以及破坏情况可以看出，硐室在多次失稳维修后，顶帮在锚喷、锚索支护强有力支撑作用下达到一稳定状态，而底板只在表面浇筑了一层300mm厚的混凝土，形成顶拱和墙体面强支护强度高，底板支护弱特点，为地压释放提供了自由面。变电所受到地压在墙体、顶板反作用下传递到变电所底板上，形成应力集中，同时由于该区域岩层破碎、强度低，整体结构差，底板承载能力不足的情况下必然产生塑性变形，导致底板破坏鼓起。

2.2 以往硐室底板加固两侧与硐室墙基之间有较大规格水沟，并且水沟与墙基之间密贴不严，形成底板浇筑体孤立支撑来自于底板压力，在自身支撑结构上存在不足，紧靠底板自身及简单的底板浇注很难满足较大的支撑力，极易造成底板失稳破坏。

2.3 由于两侧水沟与墙基封闭不严，在以破碎软岩构成底板吸水风化后，进一步软化底板，降低底板强度，在自身膨胀作用下使得巷道的底板失稳，从而出现底鼓外移现象。

2.4 对底鼓危害性的认识不足，底板采用混凝土浇注，在底板与混凝土之间采用砂石铺垫以减少混凝土的用量，致使混凝土浇注不能实现加固底板的有效作用。

3 底板维修加固方案确定

整修加固方案依据地质资料、硐室破坏情况及破坏原因而制定的。通过多次对周边大巷及硐室维修情况的调查，以及对其破坏原因及机理分析可知，底板的破坏是由多种因素综合使用的结果。因此，防止硐室底板破坏也应采取多方面的措施，使底板的可塑变形控制在允许的范围内，避免出现底板出现失稳破坏现象。最终确定底板采用锚杆配以钢带及浇筑联合支护，加固底板，受施工条件限制并在硐室能施工非对称卸压槽。

4 底板加固主要参数

4.1 底板加固断面图图1

4.2 底锚及钢带

图1

底锚使用φ22×2200mm螺纹钢锚杆， 采用一卷CK2333、一卷Z2360树脂药卷全长锚固，锚固力不小于13t，预紧力不小于 300N?M，采用主动加固底板，提高底板支护强度。底锚间排距840×800mm，靠近两帮底锚与底板法线成75°夹角斜向两帮。锚杆外露控制在80mm，在满足预紧力要求前提下，尽量增加外露，以便增加底板浇筑长度。同时沿巷道垂向在底锚托喷下用钢筋连接,钢筋使用2mφ14mm梯子钢带梁。

4.3 混凝土浇筑

底板采用标号200混凝土分次浇筑，浇筑厚度300mm，浇筑前对两帮底脚及底板进行冲刷，确保浇筑体与立墙及底板密贴，同时保证最大限度浇筑底锚，使之与周边岩层形成一整体，达到提高岩层强度。

4.4 卸压槽

通过对此次底板破坏程度及移出量，决定硐室底板施工非对称卸压槽，规格 300×300mm（宽×深），卸压槽周边裸露，为底压释放创造自由面，卸压槽顺巷布置，卸压槽两端封闭，严禁积水及空气排进，影响底板强度。

4.5 水沟

为便于积水排除出在硐室底板自巷中以垂巷-3‰坡度施工，根据实际硐室可能存在最大积水情况，在两侧施工 100×100mm水沟，坡度 3‰，以便及时将硐室中积水排除，水沟施工与墙基浇筑100mm，确保浇注与墙基密切。

5 施工工艺优化

受施工条件限制，变电所硐室内设备不能实现全部搬迁，防止搬迁中影响生产，同时由于没有合适硐室临时存放、安置设备。因此底板维修采用分次进行，自巷中先对存放设备较少一侧底板进行卧底，另一侧临时放置供电设备，对于倾斜供电设备进行垫底，保证安置水平，较小设备集中摆放，必要是对部分开关进行起吊放置，增加放置设备空间。同时在要求在整修时加大对设备的保护及管理工作，确保采区生产及整修进行。卸压槽在浇注前采用盖板盖实，盖板与卸压槽周边浇注严密，保证卸压槽内不漏沙水，随后冲刷底板及盖板，进行浇注。

6 结论

将锚杆、浇筑组合成联合支护体系维护底板，同时利用卸压槽将维修后底板趋于稳定状态时，为底压释放创造自由面，在较大底板支护下，控制底板松涨空间。在满足允许变形情况下，提高底板整体强度，与硐室顶帮形成扩大的组合拱，降低了应力集中度，也提高了支护结构的承载能力和稳定性，减少了底鼓，降低了硐室维修量，有效避免了生产及安全事故发生，取得了较好经济及社会价值。

［1］《采矿工程设计手册》张荣立等主编，煤炭工业出版社.