我國原煤產(chǎn)量位于世界首位，但由于多年的開采，淺部易開采的煤炭資源日益減少，據(jù)統(tǒng)計表明中國立井開采深度正以每年8～12m的速度增加,東部礦井開采深度正以每年10～25m的速度發(fā)展,預(yù)計在未來20年內(nèi)我國多數(shù)煤礦將進(jìn)入到1000～1500m的深度。深井開采最突出的問題是地壓大、地溫高。本文對趙樓煤礦深井軟巖硐室巷道加固技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

1、工程概況 深井軟巖硐室圍巖加固技術(shù)監(jiān)測鉆孔應(yīng)力計

趙樓煤礦隸屬兗州礦業(yè)集團(tuán)公司，位于菏澤巨野煤田的中部，是兗礦在巨野煤田開發(fā)在建的一座大型現(xiàn)代化礦井。設(shè)計年生產(chǎn)能力300萬t，礦井服務(wù)年限60.1a。設(shè)計3個立井井筒，井口設(shè)計標(biāo)高＋45.000m，開采水平標(biāo)高-860m，副井井筒凈直徑7.2m，深度935.0m，井筒采用凍結(jié)法施工。

趙樓煤礦含煤地層為二疊系山西組和太原組，主采3煤層平均埋深700～1200m。井田內(nèi)斷層46條，落差大于30m的多達(dá)21條，背斜8組。井底車場及硐室處在6煤底板、3灰頂板的粉砂巖、泥巖中，巖性不均一，地質(zhì)條件較復(fù)雜，巖體組分變化大，存在構(gòu)造應(yīng)力且巷道斷面大。

2、支護(hù)方案及參數(shù) 深井軟巖硐室圍巖加固技術(shù)監(jiān)測鉆孔應(yīng)力計

2.1 井底車場巷道支護(hù)

井底車場硐室包括馬頭門、泵房、變電所、膠帶輸送機(jī)硐室、水倉及各種類型的交岔點(diǎn)及連接巷道等。它們一般斷面都較大,相互間存在交互影響,加大了巷道和硐室圍巖中的應(yīng)力集中,加大了作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的外荷載。故采用擴(kuò)大斷面錨網(wǎng)噴一次支護(hù)，錨注二次支護(hù)方式。馬頭門、變電所及泵房等重要硐室加現(xiàn)澆鋼筋混凝土聯(lián)合支護(hù)。支護(hù)參數(shù)如下：

（1）一次支護(hù)

擴(kuò)大斷面，巷道每側(cè)擴(kuò)大100mm，拱頂擴(kuò)大100mm；掘后先噴50mm混凝土，以封閉圍巖；錨桿采用Ø22×2500mm高強(qiáng)讓壓可變形錨桿，底部1塊速凝樹脂錨固劑錨固，外部砂漿全長錨固，錨桿間排距800×800mm；錨桿托盤采用高強(qiáng)讓壓可變形錨桿配套托盤；金屬網(wǎng)采用Ø6mm冷拔絲焊接的金屬網(wǎng)；初噴砼厚度50mm，以封閉圍巖；待掛網(wǎng)后再噴40mm厚混凝土，噴射砼強(qiáng)度等級C20；底板不穩(wěn)定有底臌傾向時，采用[16槽鋼、錨桿注漿加固，錨桿采用Ø22×1600mm高強(qiáng)螺紋鋼錨桿錨固槽鋼，每斷面5根，排距1.6m；注漿錨桿采用Ø25×1400mm無縫鋼管，每斷面3根，排距1.6m與高強(qiáng)錨桿隔排交錯布置。

（2）二次支護(hù) 深井軟巖硐室圍巖加固技術(shù)監(jiān)測鉆孔應(yīng)力計

待巷道穩(wěn)定后（大約巷道施工15～20天后）實(shí)施錨注二次支護(hù)。

注漿錨桿采用Ø25×2400mm無縫鋼管制作，錨桿端部扭成S狀，安裝時用1塊樹脂錨固劑錨固，錨桿間排距1600×1600mm；錨桿托盤采用熱軋扁鋼；注漿采用單液水泥漿，水泥采用525^#普通硅酸鹽水泥，水灰比0.6m，摻水泥重量1.5%的UNF－4高效早強(qiáng)減水劑；注漿壓力2MPa，瞬時壓力＜3MPa。

2.2 副井馬頭門支護(hù)

副井馬頭門屬井下大斷面重點(diǎn)工程， 2006年6月底已施工到底。因馬頭門處于不穩(wěn)定圍巖中，馬頭門及連接部分采用高強(qiáng)讓壓錨桿＋錨索＋錨注＋噴射砼和澆灌鋼筋砼聯(lián)合支護(hù)體系加固。加固斷面圖如圖1所示。

馬頭門斷面大，受力條件因地處群峒之中而變得更惡劣，且受力變化大應(yīng)力集中點(diǎn)多，因此錨桿選用Ø22×2500mm高強(qiáng)讓壓可變形錨桿；錨桿間距700～900mm；錨桿排距1600mm。

（2）內(nèi)注漿錨桿 深井軟巖硐室圍巖加固技術(shù)監(jiān)測鉆孔應(yīng)力計

馬頭門連接部分寬≥5.0m時注漿錨桿選用Ø25冷軋無縫鋼管，壁厚δ＝4～6mm，錨桿長度L＝2500mm，間距1600mm，每兩根高強(qiáng)超長錨桿間裝一根注漿錨桿，呈梅花形布置；錨桿排距1600mm。

馬頭門及連接部分寬＜5m且＞4m 時，注漿錨桿選用=Ø25冷扎無縫鋼管，壁厚δ＝4～6mm，錨桿長2000mm，間距1600mm，排距B=1600mm。注漿錨托盤采用熱軋扁鋼B=100， δ =12制作。

（3）注漿錨索 深井軟巖硐室圍巖加固技術(shù)監(jiān)測鉆孔應(yīng)力計

馬頭門澆筑混凝土后，在拱基線以上施以注 漿錨索加固，注漿錨索規(guī)格馬頭門連接部分寬≥5.0m時選Ø17.8×8000mm；馬頭門及連接部分寬＜5m且＞4m 時選Ø17.8×6500mm；間排距2500×3000mm。

2.3 主泵房及變電所硐室支護(hù)

因主泵房及變電所硐室在施工時錨索孔穿透泥巖層，伸入砂巖層而導(dǎo)致錨索孔漏水。漏水量在7～8m³/h，水質(zhì)清澈，溫度在408左右。為防止?jié)B水引起泥巖的軟化膨脹，對已成巷的泵房出水段實(shí)施錨網(wǎng)梁加強(qiáng)支護(hù)，并打?qū)？仔顾�，成巷完成后注漿止水。

⑴ 采用自外向里的順序?qū)Ρ梅砍鏊�段進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，拱形錨梁使用16^#槽鋼制作，每節(jié)長2.5m，兩根錨桿固定，錨梁安設(shè)排距1.2m。每節(jié)之間采用螺栓連接，為保證錨梁合理受力，錨梁連接點(diǎn)相互錯開，并避免布置在正頂位置。

⑵ 錨梁采用錨桿懸吊固定，并向拱基線下延伸1m，用兩根錨桿在幫部進(jìn)行承托。采用樹脂螺紋錨桿Φ22×2400mm，間距1.2m，每根錨桿使用1塊K2870樹脂藥卷和1塊CK2870錨固劑錨固。

⑶ 錨梁按中腰線施工，滿足硐室后期砌碹要求。安設(shè)錨梁時必須要接頂，對于大面積冒頂區(qū)采用水泥背板或噴漿料接頂。

3、加固效果 深井軟巖硐室圍巖加固技術(shù)監(jiān)測鉆孔應(yīng)力計

目前井底車場已施工3000余m，除在局部應(yīng)力集中區(qū)、交岔點(diǎn)及硐室開口等處出現(xiàn)噴層開裂現(xiàn)象外，其他巷道和硐室基本保持完好，加固效果在巖層破碎巷道尤為明顯。-860m水平中央泵房硐室出水處施以注漿以加固和堵水。現(xiàn)已達(dá)到砌碹永久支護(hù)的要求。

通過開展的深井礦壓監(jiān)測與巷道支護(hù)研究，設(shè)置測力錨桿、壓力傳感器、混凝土應(yīng)變計和位移計等儀器儀表對巷道支護(hù)受力、變形情況進(jìn)行監(jiān)測。在馬頭門西側(cè)安設(shè)收斂變形測站；4^#錨桿壓力傳感器、6^#錨索傳感器安裝于副井馬頭門處；11^#錨桿傳感器、17^#錨索傳感器安裝在Ⅳ號交叉點(diǎn)處；并在副井馬頭門處安裝砼應(yīng)變計測量現(xiàn)澆鋼筋混凝土所受的壓力大小。其最大變化值加下表表1。

  表 1  各種監(jiān)測值的最大變化量

Tab.1 The most variety of various monitor value

由檢測數(shù)據(jù)得知，巷道在施工后1～2月內(nèi)變形基本保持穩(wěn)定，在副井馬頭門處錨桿錨索發(fā)揮著重要的作用，其他處錨桿錨索均有較大的強(qiáng)度儲備，能夠滿足后期各種巷道開挖造成的應(yīng)力重分布的要求。

4、 機(jī)理分析

深井軟巖巷道具有壓力大、來壓快、變形持續(xù)時間長，易風(fēng)化、遇水膨脹且自身承載能力低等特點(diǎn)，本文支護(hù)設(shè)計能很好的適應(yīng)這些特點(diǎn)，有效保證巷道的安全，不僅縮短了工期，而且降低的經(jīng)濟(jì)成本。

（1）錨桿支護(hù)不但能及時支護(hù)圍巖，防止松動圈的擴(kuò)大，而且一定程度的提高錨固區(qū)巖體的強(qiáng)度、彈性模量、粘聚力和內(nèi)摩擦角等力學(xué)參數(shù)，并給圍巖施加一定的壓力，改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，提高圍巖自身承載能力，很好的適應(yīng)圍巖壓力大、來壓快的特點(diǎn)。

（2） 擴(kuò)大斷面二次支護(hù)其機(jī)理在于當(dāng)初始壓力大、變形量大時硬抗是困難的，第一次支護(hù)變形將卸掉部分應(yīng)力，膨脹量將大幅減少。二次錨注支護(hù)，將阻止圍巖繼續(xù)變形，即所謂“先讓后抗”機(jī)理，很好適應(yīng)變形持續(xù)時間長的特點(diǎn)。及時噴射混凝土層能有效地防止圍巖的風(fēng)化，有利于巷道的穩(wěn)定。

（3）采用錨注支護(hù)技術(shù)能有效地固化圍巖，使巷道松散巖體形成一個再生自然拱，提高圍巖的整體性和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)性，封堵裂隙，阻止水的滲透，有效地防止軟巖遇水膨脹及軟化，使圍巖位移量減小，巷道變形得到了明顯控制。

5、 結(jié)論

自轉(zhuǎn)入井底車場建設(shè)后，在局部出現(xiàn)的底鼓冒頂現(xiàn)象得到得了很好的控制，據(jù)檢測數(shù)據(jù)顯示巷道已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定階段。實(shí)踐表明支護(hù)技術(shù)能有效地釋放初壓，適應(yīng)軟巖巷道圍巖的變形特點(diǎn)。

在軟巖破碎帶的巷道施工時，應(yīng)視圍巖應(yīng)力大小，及時調(diào)整支護(hù)參數(shù)和支護(hù)材料，并且在二次支護(hù)的基礎(chǔ)上加錨索支護(hù)，有效地控制圍巖變形和松動圈的擴(kuò)大，達(dá)到支護(hù)目的。