矿井永久泵房加固方案研究与实践

汤计念 张伟男

(兖煤万福能源有限公司，山东 菏泽 274000）

1 工程概况

万福煤矿-820m 水平永久泵房南端紧邻副井马头门、轻车线，永久泵房为大断面硐室，净高7.2m，净宽5.9m。泵房及管子道在施工过程中揭露的围岩地质素描如下：

图1 永久泵房地质剖面图

巷道揭露岩性自下而上依次为：

泥岩（灰黑色，块状，致密，层理发育，具裂隙，较破碎）；粉砂岩（灰色，较破碎）；

细砂岩（浅灰色，薄层状，夹泥岩及粉砂岩薄层，具滑面及裂隙）；

粉砂岩（灰色，较破碎）；

细砂岩（浅灰色，薄层状，夹泥岩及粉砂岩薄层，具滑面及裂隙）；

石灰岩（灰色，块状，致密，坚硬，具裂隙，破碎）；

细砂岩（浅灰色，夹泥岩及粉砂岩层，具滑面及裂隙）。

2 原始支护参数及存在的问题

2.1 原始支护参数

前期，永久泵房的支护分为三个阶段：

第一阶段锚网喷初次支护。 锚杆为Φ22×2400mm， 间 排 距800×800mm； 锚 索 为Φ17.8×6300mm，间排距2000×1600mm。初喷100mm 厚C20 混凝土。

第二阶段注浆锚杆（索）补强。在拱脚距底板200mm 处，施 打 一 排Φ32×2500mm 注 浆 锚杆，间距1500mm；帮部补打注浆锚索，间排距为1900×2000mm，用注浆锚索把4m 长12#矿用工字钢竖直安装在帮部，加压紧固；拱顶补打高强锚索，间排距为1200×1200mm。

第三阶段砌碹+注浆。砌碹采用C40 混凝土，双层钢筋，碹体厚500mm。砌碹后，采用注浆锚杆进行注浆加固。注浆锚杆为Φ32×2500mm，间排距1600×1600mm。

2.2 原支护破坏情况

永久泵房南端紧邻副井马头门、轻车线，应力条件复杂，围岩条件差，1 号吸水井长期处于未处理状态，属于支护薄弱区，从此处位置开始，变形逐渐发展，砌碹体产生了炸皮开裂、钢筋外露弯曲等破坏现象。泵房砌碹后，破坏区域总变形量已达88mm，且有继续增长的趋势。

图2 破坏位置示意图

图3 泵房南端砌碹后变形监测

3 修复方案

3.1 1 号吸水井的处理

1 号吸水井位置围岩松散破碎，断面超挖严重，围岩未能发挥承载作用，压力全部集中在砌碹体上，导致此处砌碹体最先产生破坏。因此，在对泵房南端破坏段修复加固前，应首先对1 号吸水井围岩进行加固处理，采取加固措施如下：

（1）采用注浆锚杆对1 号吸水井硐内松散围岩进行注浆加固，注浆锚杆参数为Φ32×2500mm，间排距1000×1000mm。

（2）按照原设计尺寸对1 号吸水井进行砌碹处理，提高配筋参数，横筋Φ22mm，竖筋Φ28mm。

3.2 破坏碹体修复加固

泵房南端破坏位置碹体目前表现出炸皮和钢筋网外露的现象，未产生大的断裂。对外层破坏碹体进行剔除，采用T 型钢带+加长加粗锚索进行补强加固，同时对围岩开展进一步的注浆加固，以充分发挥围岩自承载能力为原则，具体加固措施如下：

（1）加固范围从泵房通道至2 号壁龛位置，总长11.4m。

（2）首先，沿硐室环向按照1m 间距开凿深150mm、宽500mm 凹槽，将T 型钢带穿过内层钢筋网，嵌入凹槽内。

（3）施工采用Φ29×12000mm 长注浆锚索，间排距1200×1000mm，注浆锚索穿透T 型钢带，托盘压紧钢带。

（4）待所有注浆锚索施工完成后，剔除T 型钢带间砌碹体，剔除厚度150mm。对于已明显屈服破坏的钢筋，应更换重新绑扎，剔除过程中对钢筋搭接进行重点检查，搭接失效的应重新绑扎。

（5）按照设计净断面尺寸进行支模，重新浇筑混凝土，混凝土标号应与原标号保持一致。

3.3 特殊情况处理

若围岩注浆困难，应采用清水或稀浆冲开裂隙后，再按正常方式注浆加固。

若围岩中泥岩过多，裂隙太小，无论如何也难以注浆加固时，可仅在锚索加固后继续进行巷道收敛变形观测。若变形量在40mm 以内即可满足工程要求，若变形量超过50mm 以上，再研究桁架加固方案。

4 注浆加固工艺

4.1 注浆主要参数

（1）注浆锚索施工程序。在一个断面内应由下而上逐根进行，钻注浆锚索孔→安装注浆锚索→施加预应力→注浆加固。不能同时钻多个孔，安装注浆锚索后进行注浆。应有明确的专业分工协同作业，钻孔、安装、注浆工作均由专人负责，钻一个孔安装一根锚索再注浆，一根一根地进行。防止先行注浆的锚索其浆液串到其他孔内发生堵塞，影响注浆加固质量。然后，再隔排施工下一排注浆锚索。

（2）注浆压力。初始压力从零开始，缓慢升压，一般控制在2.0MPa 左右，正常情况下不超过3.0MPa，只要进浆就不宜升压太快，最大终压为4.0MPa。

（3）注浆量。正常情况下，每孔注入水泥量100～200kg 左右，当注入水泥量超过500kg，注浆压力仍未达到注浆终压时，可暂停注浆，待2h 后再复注。若复注时注入水泥量超过300kg，压力仍未达到注浆终压时，应检查是否有漏浆、跑浆现象，然后再换孔注浆。

（4）注浆浆液。选用强度等级52.5 的普通硅酸盐水泥，水灰比0.5。并掺入ACZ-Ⅰ型水泥注浆添加剂，掺量为水泥重量的6%。

4.2 注浆次序

（1）按巷道断面锚注顺序

在断面内先帮部钻孔注浆， 然后肩部钻孔注浆， 最后顶部钻孔注浆，从下往上依次对称进行， 其顺序为1 →2 →3 →4 →5 →6 →7 →8 →9 →10 →11。

（2）按巷道纵向锚注顺序

在巷道纵向采用隔排注浆，其顺序为1-1 断面→3-3 断面→5-5 断面→2-2 断面→4-4 断面→6-6断面，重复上述过程。如图4 所示。

图4 锚注施工顺序示意图

4.3 异常情况的处置

（1）不进浆。由于裂隙不发育或裂隙与注浆材料不匹配注不进浆时，可采用高压清水扩张裂隙或注纯水玻璃润滑裂隙后再注浆，如不能注进时可改用化学浆液，如果个别孔注不进或围岩稳定可不注浆。

（2）跑浆或漏浆。当注第一孔时第二孔跑浆，关闭第二孔阀门，通过第一孔继续注浆，达到设计注浆标准后停止注浆，必需时可对第二孔进行复注。

5 质量控制

施工单位严格按作业规程的要求和程序施工，并按实际情况做好原始记录；施工过程中加强质量控制，监理人员坚持跟班监督检查制度，确保施工过程的质量效果。

5.1 注浆锚索检测

注浆锚索的锚固力设计为300kN，预应力为200kN，且应使每根预应力一致，允许误差不大于5%。拉拔实验时，最大拉拔力达到设计值的80%时即停止实验，不作强度极限的破坏性实验。

5.2 注浆效果检测

施工完成7d 后抽检一个断面，钻三个检查孔，拱顶处1 个孔，帮、底各1 个孔。安装注浆锚锚索，进行复注检查。当出现注浆压力小于1MPa、注入水泥量大于100kg 时，表明原注浆未注满或围岩裂隙未充实，采取相应的加固措施。

5.3 注浆记录

注浆加固过程中，要做好注浆记录。注浆记录是研究注浆效果的主要资料，也是检查隐蔽工程的重要依据。每一个注浆孔均应标明编号，断面编号用红油漆或其他方式写在两帮距离底板1.5m 左右，孔编号用红油漆或其他方式写在注浆锚索的托盘上。

5.4 变形检测

加固后及时进行巷道收敛变形检测。

采取上述加固方案后，每周进行收敛变形检测，原破坏区域变形量未出现增长。