复杂条件下大断面硐室底板加固技术实践与应用

罗建强

【摘 要】针对复杂区域变电所失修特征，结合以往整修经验，对于大断面变电所硐室底板多次鼓出，破坏严重特点，通过分析底板失稳机理，采取浇筑、底锚、泄压槽等联合加固的措施，稳定了底板变形，取得了较好经济及社会价值。

【关键词】大断面；底板；加固；浇筑；卸压槽

中图分类号： TD354 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）02-0167-002

【Abstract】In view of the complex regional substation disrepair characteristics，combined with previous repair experience，substation with large section cavern floor drum out many times，damage characteristics，through the analysis of floor instability mechanism，to casting，anchor，pressure relief groove joint reinforcement measures，such as stable floor deformation and achieved good economic and social value.

【Key words】Large section；Bottom plate；Reinforcement；Casting；Pressure relief groove

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對称卸压槽。

4 底板加固主要参数

4.1 底板加固断面图图1

图1

4.2 底锚及钢带

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。

【参考文献】

[1]《采矿工程设计手册》张荣立等主编，煤炭工业出版社.