深部松散破碎软岩巷道(硐室)综合加固技术研究与实践.doc

深部复杂地质条件硐室支护技术研究 王 衍 青 （山东肥城矿业集团公司曹庄煤矿271601） 摘要 曹庄煤矿-480m水平中央泵房、变电所主要处在三灰之上的粉砂岩层位中，厚度10.62m，深灰色，质细、性脆，节理发育，含少量植物化石及黄铁矿，f=3～4。在施工中又遇到f1、f2、f3三条断层，断层处围岩松散破碎、构造应力明显加大，对巷道维护极为不利。针对-480m水平中央泵房、变电所（硐室）岩层地质构造情况，科学分析了造成巷道破坏变形的五条原因，经过科学论证和现场实践，有针对性的使用全断面喷锚网喷、预应力锚索、外锚内注式锚杆注浆、钢筋混凝土反底拱、斜墙拱形断面等综合支护技术修复加固，改变了岩体的受力结构，提高了粘结力和内摩擦角，封闭裂隙，阻止了水对岩体的侵蚀，使松散破碎软岩重新胶结形成再生人造岩体，提高了围岩强度，同时又为高锚固力的树脂锚杆、锚索提供了着力点，使三者的作用得到有效发挥。 关键词 深部、复杂、峒室支护技术研究 曹庄井田位于肥城煤田东部，井田面积9.83平方公里，矿井于1965年1月1日正式投产，设计生产能力60万吨/年，设计服务年限64年，2005年通过技术改造核定生产能力130万吨。矿井开拓方式为立井多水平、主要贯穿石门、采区上下山开拓，开拓水平三个：第一水平为-120m水平（回采基本结束）。第二水平为-280m水平（正在生产），第三水平为-480m水平（正在开拓）。-480m水平巷道（硐室）2002年由集团公司设计院设计，设计主要工程有：-480m水平大巷，火药库、变点所、泵房、配水巷、水仓。 1 -480m水平工程地质概况 1.1地质概况 -480m水平巷道（峒室）范围煤岩层倾向N10°W，走向及岩层倾角稳定，平均倾角15°。据-480m东大巷及副巷揭露资料，预计该范围内将遇到f1、f2两条断层，对巷道掘进影响较大。其中f1断层为东升西降的斜交正断层，-480m东大巷揭露落差2.5m；f2为东升西降的斜交正断层，预计落差为5m，该断层由-480m东大巷所揭露的两条落差分别为3.5m的f2和3.2m的f3斜交正断层相交构成（见图1.1）。 该巷道主要处在三灰之上的粉砂岩层层位中，两侧通道自-480m东大巷开门定向掘进，依次经过煤8、四灰、粉砂岩、三灰、粉砂岩（见图1.1、表1.1）。 煤岩层岩性特征 表1.1 岩石名称 厚度(m) 岩 性 特 征 煤8 1.87 黑色，中上部普遍含一层平均0.2m的炭质细砂岩夹石，坚硬，f=6，为复杂结构、稳定的中厚煤层，f=1.5。 四灰 4.84 灰色，坚硬，上部多含泥质及动物化石，底部常赋存二合顶，f=8。 粉砂岩 2.33 深灰色，质细、性脆，节理发育，f=3～4。 三灰 0.33 褐灰色，多含泥质，裂隙不发育，含动物碎屑化石，f=7。 粉砂岩 10.62 深灰色，质细、性脆，节理发育，含少量植物化石及黄铁矿，f=3～4。 1.2工程概况 -480m水平中央泵房设计长度为48.6 m，断面形状为直墙半圆拱形，泵房设计荒宽4.74m、荒高6.37m, S荒=27.78m2；-480m水平变电所设计长度为46.3m，变电所宽4.24m、高4.32m, S荒=16.38m2（见图1.2、图1.3）。巷道原设计支护方式为喷锚、锚网喷双层支护，Ф15.24×4000的锚索加强支护，锚索的间排距均为2000 ㎜。锚杆采用20MnSi螺纹钢等强度锚杆，单层锚杆间排距为1000×1000㎜，第二次支护锚杆与第一次支护锚杆呈五花形布置。每根锚杆采用两卷MSK2535树脂锚固剂锚固。网为Φ3.5mm的冷拔丝编制的方格网（网的规格为长×宽=2200×1200mm），喷浆所用水泥为425#普通硅酸盐水泥，砂为纯净的河砂，石子直径不大于15mm，并用水冲洗干净，混凝土配合比为水泥：砂：石子=1：2：2。泵房施工完毕后，要对泵房底板进行抹底，抹底厚度200㎜，所用砼标号为C25，石子粒径为20-40mm，配合比为水泥：砂：石子＝1：1.76：3.41。 因-480m水平中央泵房、变电所主要处在三灰之上的粉砂岩层位中，厚度10.62m，深灰色，质细、性脆，节理发育，含少量植物化石及黄铁矿，f=3～4。在施工中又遇到f1、f2、f3三条断层，断层处围岩松散破碎、构造应力明显加大，对巷道维护极为不利。巷道施工完后20天内14条起重梁严重弯曲，拱顶混凝土剥离露筋。因-480m水平中央泵房、变电所等已严重变形，必须对其修复加固。图1.4-480m水平中央泵房、变电所井下实照图(a、b)。 图1.1 -480m水平中央泵房、变电所、水仓布置图 图1.2 -480m水平中央泵房原支护断面图 - 图1.3 -480m水平变电所原支护断面图 图1.4