石壕煤矿中央泵房加固技术研究与应用

张春光，陈晓祥，张万辉，兰 天，李乐艺

石壕煤矿中央泵房加固技术研究与应用

张春光1，陈晓祥2，张万辉1，兰 天1，李乐艺1

(1.河南大有能源股份有限公司 石壕煤矿，河南 三门峡 472123;2.河南理工大学，河南 焦作 454000)

石壕煤矿井底中央泵房埋深大，周围巷道和硐室较多，由于扩修的影响，中央泵房围岩破碎，变形较大，影响了矿井的安全生产。通过对石壕煤矿中央泵房围岩内部结构的调查研究，提出了采用注浆加固配合高强树脂锚杆、锚索(部分为对穿锚索)的综合加固方案。这项技术在实践中的成功应用，解决了井底中央泵房大变形支护困难的问题，具有推广应用价值。

中央泵房;注浆加固;对穿锚索

河南大有能源股份有限公司石壕煤矿位于河南省陕县境内，矿井采用双立井单水平分区式上下山开拓方式，可采煤层为石炭二叠系山西组二1煤层，2009年核定生产能力为90万t/a，矿井最大涌水量518.29 m3/h。由于井底中央泵房埋深大，且中央泵房周围巷道和峒室较多，造成中央泵房围岩应力较为集中，特别是中央泵房南侧，由副井井筒及相关巷道围绕构成了一个长约30 m，宽约16 m的岩柱，围岩应力集中较为明显，应力分布复杂，巷道围岩变形较大，多处围岩产生了纵向和横向交错的裂缝，最大裂缝宽度超过50 mm，已经威胁到了水泵的安全运行，如不进行加固，将会影响矿井的排水系统和正常的生产。

1 中央泵房现状

石壕煤矿现有新、旧2个中央泵房，围岩岩性主要以砂岩、泥砂岩为主，巷道断面为直墙半圆拱形，净宽5 m，净高5 m。老中央泵房于1984年投入运行，新泵房于2009年投入运行，新、老泵房之间净岩柱间隔为10 m，新、老泵房及周围巷道位置关系见图1。

2 中央泵房围岩结构

图1 新、老泵房及周围巷道位置关系示意图

石壕煤矿副井井底新、老中央泵房由于受到复杂高地应力和周围巷道扩巷的扰动影响，发生了严重的变形。特别是2009年新泵房的施工，造成了井底应力的重新分布，加剧了围岩的变形破坏，致使新、老泵房间岩柱及副井井筒侧围岩开裂，表面混凝土支护层剥落。为确保加固方案具有较高的可靠性和合理性，该矿通过布置测点对巷道围岩变形情况及围岩内部结构进行了调查，调查结果见表1。

表1 围岩内部结构描述

3 中央泵房变形原因分析

3.1 复杂的围岩应力条件

在中央泵房周围的大型巷道和硐室较多，受围岩应力重新分布的影响，泵房两侧的岩柱上方垂直应力显著增大，在高应力作用下稳定性进一步下降，围岩逐渐变形、破碎，控制难度进一步增加［1］。

3.2 多次极近距离巷道掘进和修复扰动

2008年，对井底车场巷道进行了扩修;2009年，在老泵房10 m外新掘进了新中央泵房;新、旧中央泵房巷道、硐室的掘进和修复使峒室围岩承受掘进与扩巷的动压影响，破坏围岩的完整性，加剧巷道围岩变形。

3.3 现有支护方式和支护参数不尽合理

1)老中央泵房采用混凝土浇筑单一方式支护，支护强度低，支护方式不合理。2)新中央泵房围岩采用了锚杆、锚索+U型钢联合支护，但只是在峒室顶板采用了高强锚杆、锚索支护，且由于锚杆的预应力较小，不能充分发挥高强锚杆的作用。3)由于新中央泵房高度较大，U型钢棚又属于被动支护，大断面U型钢棚腿自身的稳定性较差，支护能力小，不能抑止巷道围岩的移动和变形。

4 中央泵房加固方法选择

根据现场生产、地质条件调查和围岩结构调查分析，该矿新、老中央泵房在高应力和扩巷扰动共同作用下，围岩已经产生了部分变形和破坏，特别是老中央泵房围岩已经遭到严重破坏，裂隙较为发育。为了有效控制此类破碎围岩的长期蠕变及进一步破坏，保证加固效果，确定采用“注浆加固配合高强树脂锚杆、锚索(部分为对穿锚索)加固”的综合加固方案。

5 中央泵房加固参数选择

5.1 围岩封闭

中央泵房巷道注浆前，先对巷道进行喷浆封闭，喷层厚度为100 mm，混凝土喷浆材料强度等级为C15，42.5号普通硅酸盐水泥，配比为：水泥∶砂子∶石粉 =1∶2∶2，水灰比 0.45 ～0.55，速凝剂添加量为水泥用量的3%～5%。喷浆封闭围岩表面裸露区，围岩缝隙等，以保证注浆效果。

5.2 注浆设计

1)注浆孔设计。由于新、老中央泵房围岩破碎，为保证围岩能够注实，钻孔间距为2 000 mm，排距2 000 mm;为保证泵房围岩能够充分得到加固，钻孔深全部为6 500 mm。

2)注浆材料。为保证浆液能有效粘结泵房破碎围岩，确保加固效果，要求水泥的强度等级不得低于42.5 MPa，水泥浆的水灰比0.6∶1 ～0.8∶1。

3)注浆压力。注浆压力是浆液在围岩中扩散的动力，它受岩层条件、注浆方式和注浆材料等因素的影响和制约。根据已有的注浆施工经验，注浆的孔口压力为2～4 MPa，并根据现场情况进行调整。

4)注浆量。由于围岩的裂隙发育、松动范围和围岩性质方面的差异，单位体积的围岩注浆量往往差别很大。经过计算，每根锚杆需要注入的浆液量为3 m3，现场实施过程中应密切注意注浆压力的变化，根据实际情况及时调整注浆量。注浆浆液由于重力的作用会往下部流淌，泵房围岩注浆加固应从下部往上逐层注浆，即先注两帮，最后注泵房顶板。

5.3 高强树脂锚杆

1)锚杆材料。锚杆为左旋无纵筋高强度螺纹钢锚杆。杆体直径d22 mm，屈服强度不小于600 MPa，极限强度不小于750 MPa;屈服载荷228 kN，极限拉断力285 kN;延伸率大于15%。杆尾螺纹规格M24，采用滚压加工工艺成型，锚杆预紧力60～80 kN。

2)锚杆间排距及锚固方式。锚杆间排距为800 mm×800 mm［2］;每根锚杆采用2支低黏度锚固剂进行锚固，1支规格K2335，1支规格为Z2360，锚固长度1 000 mm。

5.4 强力锚索与对穿锚索

1)锚索材料。强力锚索与对穿锚索材料均为1×19股高强度低松弛预应力钢绞线，直径d22 mm，极限强度1 860 MPa，极限破断力550 kN，延伸率大于7%，锚索预紧力≥250 kN。

2)锚索间排距及锚固方式。强力锚索与对穿锚索间排距均为1 600 mm［3］(2个泵窝间为2 500 mm)。高强锚索锚固方式：采用树脂端部锚固，3支低黏度锚固剂，1支规格为 K2335，另2支规格为Z2360，树脂锚固长度1 600 mm。对穿锚索采用水泥浆全长锚固。见图2，图3。

6 矿压监测

为全面检查中央泵房加固效果，监控中央泵房加固后围岩活动状况，掌握围岩的变形规律，通过监测来验证设计的合理性，检验加固质量，同时为修改设计提供科学依据。

1)岩体表面位移监测。a)采用“十”字布点法进行，每隔20 m设置1个测站。b)布置测点的当天进行第1次测量，以后每天观测1次，20 d后每3 d观测1次。

2)锚杆、锚索锚固力监测。锚杆锚固力检测采用LZD－200型锚杆拉力计进行拔拉。锚索锚固力检测采用MGL－20型锚索拉力计进行拔拉。

3)监测效果分析。a)岩体表面位移分析。通过对新、老中央泵房的监测，前15 d，平均顶底板位移量0.5 mm，并且呈递增趋势;15～30 d，顶底板位移量变形量较小，基本趋于稳定;施工后60 d，顶底板及水平位移移近量已经基本趋于稳定，变化很小。b)锚杆、锚索效果分析。测力锚杆实验表明，1 d后，锚杆受力为55～75 kN，锚索受力为140～170 kN，顶锚杆锚固力略大于帮锚杆锚固力;从观测时间上看，锚杆、锚索前期受力较大，经过一段时间之后达到稳定。

7 结语

经过2个月现场观测及分析结果可知，石壕煤矿新、老中央泵房采用“注浆加固配合高强树脂锚杆、锚索(部分为对穿锚索)”的综合加固方案技术可行，实践效果较好，有效地解决了中央泵房大变形问题，保证了矿井的正常生产需要，具有推广应用价值。

［1］ 杨 峰，王连国，贺安民，等.复合顶板的破坏机理与锚杆支护技术［J］.采矿安全与工程学报，2009，26(3)：286－289.

［2］ 宁树山.锚杆组合支护在复合顶板大断面巷道的应用研究［J］.同煤科技，2009(1)：17－19.

［3］ 李层林.浅析锚索在复合顶板支护中的应用［J］.煤炭科技，2009(2)：39－40.

Reinforced Technology Research and Application for Central Pump Room of Shihao Coal Mine

Zhang Chun－guang，Chen Xiao－xiang，Zhang Wan－hui，Lan Tian，Li Le－yi

The depth of the central pump room of shaft bottom in Shihao coal mine is large，surrounding tunnel and chamber is more，due to enlarge，the surrounding rock of the central pump room crush，deformation is larger，affects safe production in the mine.Through investigation on the internal structure of surrounding rock of the central pump room in Shihao coal mine，puts forward the comprehensive reinforcement plan by using grouting with high strength resin anchor bolt，anchor cable(part is the strand anchor cable).The successful application of this technology in practice solves difficult problem of supporting and has application value.

Central pump room;Grouting reinforcement;Strand anchor cable

TD353+.6

A

1672－0652(2011)10－0008－03

2011－08－30

张春光(1984—)，男，河南尉氏人，2008年毕业于河南理工大学，硕士研究生，主要从事煤矿采掘技术研究方面的工作(E －mail)janzv@163.com