强风化薄基岩软岩泵房硐室的加固技术研究

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1、强风化薄基岩软岩泵房硐室的加固技术研究孟广锋,孙兆啟(山东省滕东生建煤矿,山东枣庄　277522)摘要:为解决强风化薄基岩软岩硐室维护的技术难题,针对济西矿中央泵房硐室大变形破坏特征,对影响其破坏的地质因素和破坏机理进行了综合分析,采用计算机数值模拟对比,研究了不同支护状态时泵房硐室围岩应力状态及影响区域。提出采用让—抗加固及超长注浆锚杆加固泵基技术,确定了合理加固参数。井下工业性试验表明,联合支护加固方案能够有效控制泵房硐室变形。关键词:强风化薄基岩;软岩;中央泵房;联合支护软岩巷道具有大变形、高地压、难支护的特点,一直以

2、来受到国内外岩石力学及工程界的普遍关注,是岩土工程中的技术难题之一。目前,国内外普遍采用加大支护密度、锚固注浆、二次支护、锚架联合支护、加强底角支护、卸压等方式来增加支护强度,以减少围岩变形量[1-3]。强风化薄基岩软岩硐室具有强风化、薄基岩、松软、多裂隙等特点,硐室围岩变形极易造成围岩的失稳、破坏,是造成该类硐室软岩支护难度增加的重要因素之一。因此,深入研究强风化薄基岩矿井极不稳定巷道治理技术,寻求解决极不稳定巷道的修复、加固、开挖新技术,对保证埋深大、地压大巷道的稳定性具有重要意义1　工程概况济西煤矿是目前国内新建矿井中

3、围岩风化程度较高的矿井之一。由于井底车场及其巷道布置在无法避开的风化岩中,岩性松软,已施工的部分硐室、巷道均已遭到严重破坏,巷道两帮内挤、顶板下沉,底鼓、片帮严重。尤其是中央泵房、中央变电所、副井马头门以及胶带巷和运输巷已加固修复多次,巷道仍处于不稳定状态。由于巷道变形破坏严重,制约了矿井的正常建设,也给矿井的施工、运输、行人安全造成了极大影响,为此必须修复加固。济西煤矿井筒深约510m,表土层厚约460m,基岩段厚约50m。基岩段岩体破碎、裂隙发育、强风化、遇水泥化,具强风化薄基岩特征。矿井构造复杂,井筒附近有小断层,地层

4、斜向150°~160°,倾角6°~14°。高角度裂隙发育,裂隙倾角70°~80°,基岩平均裂隙率大于1·8%。地下水存在于侏罗系砂岩中。中央泵房巷道宽4·8m,高7·2m,墙净高达4·8m,位于泵房通道与管子道之间,总长60·9m,其断面为半圆拱形。在一侧墙中掘砌壁龛、吸水井及配水巷,壁龛断面为半圆拱形,高2·8m,吸水井深7·1m,截面为矩形,配水巷断面为半圆拱形,高1·8m。泵房所处围岩为二叠系上统上石盒子组粉砂岩,厚68m,以紫红色为主,夹红绿色,参差状断口。局部夹薄层状、条带状泥岩、水平纹理及交错层理。裂隙较发育,被

5、泥质及方解石充填。倾角为10°。围岩岩石强度低,遇水强度急剧下降,变形速度快。2　国内外软岩巷道支护现状分析目前,国外软岩巷道支护问题,各国情况不一。美国、澳大利亚等国在不稳定地层中大量采用组合锚杆、锚杆桁架支护及加长树脂锚杆、锚索支护。英国、德国、法国等原主要采用可缩性金属支架,现也采用以锚杆为主体的各类锚杆支架。俄罗斯、波兰等国家主要采用各种类型金属支架和可缩性支架,也采用锚杆支护与金属可缩性支架联合支护。这些国家对松软破碎岩石,特别注重注浆加固岩体的方式,除了用水泥砂浆进行注浆外,多采用聚氨酯注浆来加固岩体。俄罗斯还特

6、别强调支架后均匀密实充填,并配合支架后岩体注浆加固。20世纪60年代发展起来的新奥法,将理论、监控、施工相结合,强调加固岩体,采用柔性支护和二次支护方式,从而使锚喷支护和联合支护方式大为发展。如前苏联采用了锚喷、金属支架及支架后注浆加固岩体的联合支护方式。进入90年代以来,国内采用锚喷支护与注浆锚杆注浆相结合加固围岩,技术经济效果良好。其他还有将注浆加固与可缩性支架相结合以及加强底角支护等联合支护的方式。从济西煤矿的支护实践来看,锚网(带)喷联合支护、可缩性金属支架、锚喷支护加砌喧以及全封闭金属支架这几种支护方式均采用过,但

7、仍没能解决巷道的失稳问题。为提高围岩的整体强度,控制松动范围和变形量,达到控制变形、加固围岩、稳定围岩的目的,笔者开展了该项课题的研究。3　巷道变形分析3·1　硐室矿物特征(1)围岩特性。济西煤矿位于泥质砂岩体内的副井井筒与马头门连接部及附近硐室,特别是完全处于泥岩中的部分工程变形与破坏特别严重。泥岩强度低,单轴抗压强度小于30MPa,流变性强,时间越长流变量越大,特别是在有水的情况下,水能使岩石软化,使其强度大幅度降低,水也能使岩石出现裂纹、崩解现象,导致巷道失稳。(2)岩石矿物组成。该矿岩石矿物成分中,泥岩矿物以高岭石为

8、主,除外还有伊利石、蒙脱石等,个别岩样还有珍珠陶土,其中的膨胀性黏土矿物是导致岩石膨胀、围岩失稳的主要因素之一。3·2　硐室破坏特征综观济西矿地下工程的破坏,大多在泥岩、泥质砂岩和细砂岩中,而最重要的是围岩风化严重,原先支护的井筒与马头门连接部分均受到较严重的破坏,其他巷道硐室也有不同程度