煤矿深部软岩巷道反底拱支护技术应用实践
2014-09-23许长海
许长海
摘要：某矿+535轨道石门在掘进期间底鼓明显，底鼓量达900 mm/月以上。经多次修护，仍不能满足矿井的基本建设需要。文章分析了该矿井下巷道底鼓的基本形式及影响因素，提出了采用底板锚杆与浇灌钢筋混凝土反底拱联合加固技术防治破碎软岩巷道底鼓的方法，对巷道底板浇灌反底拱前后进行了分析对比，有效的解决了矿井深部极软岩巷道底鼓治理难题。
关键词：深部巷道；底鼓；反底拱；钢筋混凝土；软岩
中图分类号：TD353 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）20-0026-02
1概述
据某矿近几年的统计分析，在掘进施工过程中不进行底板加固的深部巷道顶底板移近量和两帮收敛的30%都是由底鼓导致的，底鼓造成的巷道维修量占巷道总维修量的一半以上。巷道的底鼓问题成为严重影响矿井正常生产和安全的重大问题。因此，找出适用于该类型软岩巷道的底鼓控制方法，提出合理有效的支护对策，有利于实现矿井巷道安全、高效、快速的施工。该矿因地制宜，在实践中摸索和引进新技术，结合矿井现场地质条件，提出深部极软岩巷道反底拱支护技术方案，取得了较好的控制效果。
2工程地质概况
矿井+535轨道石门，巷道全长860 m，埋深750 m，采用锚网喷联合支护。巷道掘进过程中主要揭露了细砂岩和泥岩，抗压强度均在7~17 MPa。岩石主要矿物成分为粘土矿物和石英，平均含量分别为55%和44%。其中粘土矿物主要是高岭石、伊/蒙混层和伊利石等矿物，平均含量依次为44%、40%和14%，矿物颗粒中间有较强的膨胀性，即遇水后颗粒水膜加厚、吸水性大、易软化、强度和稳定性差。
+535轨道石门在掘进期间，巷道变形严重，具体表现为底鼓、两帮收敛、肩窝下沉，拱顶喷浆体爆皮涨裂严重。巷道断面平均缩小45%，轨道弯曲变形，不能通车，底板岩石泥化严重，给正常施工带来极大的安全隐患。每隔15 d就要卧底、整理轨道一次，给掘进任务的完成带来很大难度。
3巷道底鼓原因分析
巷道内岩石的扩容、膨胀是引起巷道底鼓的主要原因。由于巷道所处的地质条件、底板围岩性质和应力状态的差异，主要以膨胀型底鼓和应力型底鼓两种形式存在。通过对现场底鼓情况进行分析，+535轨道石门底鼓的主要影响因素有：
①由于巷道埋深较深，底板围岩与水膨胀，且随时间发生体积增大，局部有淋水的部位不断向巷道内鼓起。
②由于矿井在初期设计时，巷道布置过于集中，造成压力叠加，也是造成巷道长时间底鼓的主要因素。
③由于巷道底板围岩与水软化，整个底板围岩强度降低，根据井下巷道卧底时观察实际的破坏状况表明，井下应力型底鼓主要显现为层状结构底板底鼓。
④由于巷道未进行底板支护，巷道拱顶和两帮采用普通的锚网喷支护强度与深部地应力相比太小，所以巷道收敛变形严重，巷道多次返修后还是处于不稳定状态。
4反底拱支护设计及施工
4.1巷道反底拱支护设计方案
针对以上情况，即在巷道底板进行浇灌钢筋混凝土反底拱支护设计试验。钢筋混凝土反底拱支护断面如图1所示。
①反底拱支护设计为双层绑扎钢筋网，垂直于巷道方向的钢筋顺反底拱绑扎成弧形网，钢筋网使用Φ22 mm@300 mm×300 mm螺纹钢纵、横捆扎。
②混凝土标号C20，混凝土配比为水泥：砂子：石子=1:2:2（体积比），水泥采用标号为P.O32.5普通硅酸盐水泥，砂子为含水率4%~6%的河沙，石子规格为10~20 mm，拌料要严格按配比进行，要搅拌均匀。
③反底拱掘挖成弧形，底拱中部至设计巷道混凝土底板上水平面垂直深度952 mm。
④反底拱垫层为在巷道底板加100 mm生石灰垫层，生石灰垫层可以吸收底板水分，并使自身固化，形成有一定强度的隔离层。钢筋网不得直接接触巷道底板。
⑤反底拱两帮预留刚筋可搭接多种刚性支护材料对巷道两帮及拱顶进行全断面支护。
⑥为了减少巷道底板直接接触水源，巷道底板不预留水沟，采用分段集中水管排水。
4.2施工工艺
采用人工放震动炮、配合风镐、手镐施工，采取分段掘挖、分段浇灌的方法施工，两班掘挖一班浇灌，快速施工。
工艺过程：放炮松动——垫实、加固轨道——出矸清理——打设底锚——绑扎钢筋网——紧固锚杆——浇灌混凝土——洒水养护——加固巷道底脚、喷浆。
①反底拱成型。为防止掘挖的反底拱中存有淤泥、积水，在反底拱浇灌段前部设临时水仓，用模板将淤泥、积水隔开，以免浇灌混凝土时混入其中，影响反底拱质量。
②打底锚杆。从巷道底板中央依次按照间距向巷道两帮布置。锚杆托盘压反底拱钢筋网，托盘压不住钢筋网时采用点焊平网压实。
③绑扎钢筋网。首先架设靠近底板一层钢筋网，钢筋搭接长度≥300 mm，两层钢筋网之间保证有200 mm的层距，钢筋网绑扎采用14#铁丝双股捆扎。
④混凝土运输。浇灌混泥土采用井上按照设计配比下料，井下搅拌机现场搅拌，严禁施工人员在井下自行配料。
⑤浇灌混凝土。浇灌时必须用模板与前面未浇灌反底拱隔开，防止跑浆。混凝土浇灌应随时对混凝土进行振捣并使其均匀密实，振捣采用插入式振捣器垂直点振。
浇灌工作结束后，要进行洒水养护，7 d以内每班洒水一次，7 d以后，每天洒水1次，持续养护28 d。
5应用效果
为了了解+535轨道石门进行浇灌钢筋混凝土反底拱的支护效果，在试验巷道长度100 m内采用十字布点法进行巷道位移观测。在100 m试验段内每隔20 m布置1个测点，进行2个月的矿压观测，通过对试验段与未进行反底拱加固段的巷道表面位移观测结果进行对比，在底鼓未治理巷道内底鼓量为1 823 mm，两帮移近量1 045 mm，顶板下沉量753 mm。浇灌反底拱后，底鼓量为97 mm，此数据为试验段巷道个测点平均值。从试验段矿压观测结果分析，浇灌反底拱对治理该矿区深部极软岩巷道效果明显，减少了巷道重复卧底、修护对巷道围岩的再次破坏，减少了矿井基本建设费用投资，更减少了工人在掘进期间的劳动强度。钢筋混凝土治理软岩巷道底鼓技术，先后在该矿集中皮带机道、井底车场、主回风石门等主要巷道共计3 100 m巷道得到应用，且取得了良好的效果，加快了矿井建设的步伐。
6结语
软岩极软岩矿压与围岩控制是当今世界地下工程中最复杂的技术难题之一。随着矿井开采深度的增加，生产矿井软岩巷道管理困难，巷道大变形、大地压、底鼓严重，难支护，陷入重复投资、多次复修的困境。钢筋混凝土治理软岩巷道底鼓技术，解决了该矿煤矿的生产实际问题，对国内类似条件矿区也有借鉴意义。
参考文献：
[1] 林伟立.深部软岩巷道锚杆支护技术研究与实践[J].山东煤炭科技,2008,(3).
endprint
摘要：某矿+535轨道石门在掘进期间底鼓明显，底鼓量达900 mm/月以上。经多次修护，仍不能满足矿井的基本建设需要。文章分析了该矿井下巷道底鼓的基本形式及影响因素，提出了采用底板锚杆与浇灌钢筋混凝土反底拱联合加固技术防治破碎软岩巷道底鼓的方法，对巷道底板浇灌反底拱前后进行了分析对比，有效的解决了矿井深部极软岩巷道底鼓治理难题。
关键词：深部巷道；底鼓；反底拱；钢筋混凝土；软岩
中图分类号：TD353 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）20-0026-02
1概述
据某矿近几年的统计分析，在掘进施工过程中不进行底板加固的深部巷道顶底板移近量和两帮收敛的30%都是由底鼓导致的，底鼓造成的巷道维修量占巷道总维修量的一半以上。巷道的底鼓问题成为严重影响矿井正常生产和安全的重大问题。因此，找出适用于该类型软岩巷道的底鼓控制方法，提出合理有效的支护对策，有利于实现矿井巷道安全、高效、快速的施工。该矿因地制宜，在实践中摸索和引进新技术，结合矿井现场地质条件，提出深部极软岩巷道反底拱支护技术方案，取得了较好的控制效果。
2工程地质概况
矿井+535轨道石门，巷道全长860 m，埋深750 m，采用锚网喷联合支护。巷道掘进过程中主要揭露了细砂岩和泥岩，抗压强度均在7~17 MPa。岩石主要矿物成分为粘土矿物和石英，平均含量分别为55%和44%。其中粘土矿物主要是高岭石、伊/蒙混层和伊利石等矿物，平均含量依次为44%、40%和14%，矿物颗粒中间有较强的膨胀性，即遇水后颗粒水膜加厚、吸水性大、易软化、强度和稳定性差。
+535轨道石门在掘进期间，巷道变形严重，具体表现为底鼓、两帮收敛、肩窝下沉，拱顶喷浆体爆皮涨裂严重。巷道断面平均缩小45%，轨道弯曲变形，不能通车，底板岩石泥化严重，给正常施工带来极大的安全隐患。每隔15 d就要卧底、整理轨道一次，给掘进任务的完成带来很大难度。
3巷道底鼓原因分析
巷道内岩石的扩容、膨胀是引起巷道底鼓的主要原因。由于巷道所处的地质条件、底板围岩性质和应力状态的差异，主要以膨胀型底鼓和应力型底鼓两种形式存在。通过对现场底鼓情况进行分析，+535轨道石门底鼓的主要影响因素有：
①由于巷道埋深较深，底板围岩与水膨胀，且随时间发生体积增大，局部有淋水的部位不断向巷道内鼓起。
②由于矿井在初期设计时，巷道布置过于集中，造成压力叠加，也是造成巷道长时间底鼓的主要因素。
③由于巷道底板围岩与水软化，整个底板围岩强度降低，根据井下巷道卧底时观察实际的破坏状况表明，井下应力型底鼓主要显现为层状结构底板底鼓。
④由于巷道未进行底板支护，巷道拱顶和两帮采用普通的锚网喷支护强度与深部地应力相比太小，所以巷道收敛变形严重，巷道多次返修后还是处于不稳定状态。
4反底拱支护设计及施工
4.1巷道反底拱支护设计方案
针对以上情况，即在巷道底板进行浇灌钢筋混凝土反底拱支护设计试验。钢筋混凝土反底拱支护断面如图1所示。
①反底拱支护设计为双层绑扎钢筋网，垂直于巷道方向的钢筋顺反底拱绑扎成弧形网，钢筋网使用Φ22 mm@300 mm×300 mm螺纹钢纵、横捆扎。
②混凝土标号C20，混凝土配比为水泥：砂子：石子=1:2:2（体积比），水泥采用标号为P.O32.5普通硅酸盐水泥，砂子为含水率4%~6%的河沙，石子规格为10~20 mm，拌料要严格按配比进行，要搅拌均匀。
③反底拱掘挖成弧形，底拱中部至设计巷道混凝土底板上水平面垂直深度952 mm。
④反底拱垫层为在巷道底板加100 mm生石灰垫层，生石灰垫层可以吸收底板水分，并使自身固化，形成有一定强度的隔离层。钢筋网不得直接接触巷道底板。
⑤反底拱两帮预留刚筋可搭接多种刚性支护材料对巷道两帮及拱顶进行全断面支护。
⑥为了减少巷道底板直接接触水源，巷道底板不预留水沟，采用分段集中水管排水。
4.2施工工艺
采用人工放震动炮、配合风镐、手镐施工，采取分段掘挖、分段浇灌的方法施工，两班掘挖一班浇灌，快速施工。
工艺过程：放炮松动——垫实、加固轨道——出矸清理——打设底锚——绑扎钢筋网——紧固锚杆——浇灌混凝土——洒水养护——加固巷道底脚、喷浆。
①反底拱成型。为防止掘挖的反底拱中存有淤泥、积水，在反底拱浇灌段前部设临时水仓，用模板将淤泥、积水隔开，以免浇灌混凝土时混入其中，影响反底拱质量。
②打底锚杆。从巷道底板中央依次按照间距向巷道两帮布置。锚杆托盘压反底拱钢筋网，托盘压不住钢筋网时采用点焊平网压实。
③绑扎钢筋网。首先架设靠近底板一层钢筋网，钢筋搭接长度≥300 mm，两层钢筋网之间保证有200 mm的层距，钢筋网绑扎采用14#铁丝双股捆扎。
④混凝土运输。浇灌混泥土采用井上按照设计配比下料，井下搅拌机现场搅拌，严禁施工人员在井下自行配料。
⑤浇灌混凝土。浇灌时必须用模板与前面未浇灌反底拱隔开，防止跑浆。混凝土浇灌应随时对混凝土进行振捣并使其均匀密实，振捣采用插入式振捣器垂直点振。
浇灌工作结束后，要进行洒水养护，7 d以内每班洒水一次，7 d以后，每天洒水1次，持续养护28 d。
5应用效果
为了了解+535轨道石门进行浇灌钢筋混凝土反底拱的支护效果，在试验巷道长度100 m内采用十字布点法进行巷道位移观测。在100 m试验段内每隔20 m布置1个测点，进行2个月的矿压观测，通过对试验段与未进行反底拱加固段的巷道表面位移观测结果进行对比，在底鼓未治理巷道内底鼓量为1 823 mm，两帮移近量1 045 mm，顶板下沉量753 mm。浇灌反底拱后，底鼓量为97 mm，此数据为试验段巷道个测点平均值。从试验段矿压观测结果分析，浇灌反底拱对治理该矿区深部极软岩巷道效果明显，减少了巷道重复卧底、修护对巷道围岩的再次破坏，减少了矿井基本建设费用投资，更减少了工人在掘进期间的劳动强度。钢筋混凝土治理软岩巷道底鼓技术，先后在该矿集中皮带机道、井底车场、主回风石门等主要巷道共计3 100 m巷道得到应用，且取得了良好的效果，加快了矿井建设的步伐。
6结语
软岩极软岩矿压与围岩控制是当今世界地下工程中最复杂的技术难题之一。随着矿井开采深度的增加，生产矿井软岩巷道管理困难，巷道大变形、大地压、底鼓严重，难支护，陷入重复投资、多次复修的困境。钢筋混凝土治理软岩巷道底鼓技术，解决了该矿煤矿的生产实际问题，对国内类似条件矿区也有借鉴意义。
参考文献：
[1] 林伟立.深部软岩巷道锚杆支护技术研究与实践[J].山东煤炭科技,2008,(3).
endprint
摘要：某矿+535轨道石门在掘进期间底鼓明显，底鼓量达900 mm/月以上。经多次修护，仍不能满足矿井的基本建设需要。文章分析了该矿井下巷道底鼓的基本形式及影响因素，提出了采用底板锚杆与浇灌钢筋混凝土反底拱联合加固技术防治破碎软岩巷道底鼓的方法，对巷道底板浇灌反底拱前后进行了分析对比，有效的解决了矿井深部极软岩巷道底鼓治理难题。
关键词：深部巷道；底鼓；反底拱；钢筋混凝土；软岩
中图分类号：TD353 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）20-0026-02
1概述
据某矿近几年的统计分析，在掘进施工过程中不进行底板加固的深部巷道顶底板移近量和两帮收敛的30%都是由底鼓导致的，底鼓造成的巷道维修量占巷道总维修量的一半以上。巷道的底鼓问题成为严重影响矿井正常生产和安全的重大问题。因此，找出适用于该类型软岩巷道的底鼓控制方法，提出合理有效的支护对策，有利于实现矿井巷道安全、高效、快速的施工。该矿因地制宜，在实践中摸索和引进新技术，结合矿井现场地质条件，提出深部极软岩巷道反底拱支护技术方案，取得了较好的控制效果。
2工程地质概况
矿井+535轨道石门，巷道全长860 m，埋深750 m，采用锚网喷联合支护。巷道掘进过程中主要揭露了细砂岩和泥岩，抗压强度均在7~17 MPa。岩石主要矿物成分为粘土矿物和石英，平均含量分别为55%和44%。其中粘土矿物主要是高岭石、伊/蒙混层和伊利石等矿物，平均含量依次为44%、40%和14%，矿物颗粒中间有较强的膨胀性，即遇水后颗粒水膜加厚、吸水性大、易软化、强度和稳定性差。
+535轨道石门在掘进期间，巷道变形严重，具体表现为底鼓、两帮收敛、肩窝下沉，拱顶喷浆体爆皮涨裂严重。巷道断面平均缩小45%，轨道弯曲变形，不能通车，底板岩石泥化严重，给正常施工带来极大的安全隐患。每隔15 d就要卧底、整理轨道一次，给掘进任务的完成带来很大难度。
3巷道底鼓原因分析
巷道内岩石的扩容、膨胀是引起巷道底鼓的主要原因。由于巷道所处的地质条件、底板围岩性质和应力状态的差异，主要以膨胀型底鼓和应力型底鼓两种形式存在。通过对现场底鼓情况进行分析，+535轨道石门底鼓的主要影响因素有：
①由于巷道埋深较深，底板围岩与水膨胀，且随时间发生体积增大，局部有淋水的部位不断向巷道内鼓起。
②由于矿井在初期设计时，巷道布置过于集中，造成压力叠加，也是造成巷道长时间底鼓的主要因素。
③由于巷道底板围岩与水软化，整个底板围岩强度降低，根据井下巷道卧底时观察实际的破坏状况表明，井下应力型底鼓主要显现为层状结构底板底鼓。
④由于巷道未进行底板支护，巷道拱顶和两帮采用普通的锚网喷支护强度与深部地应力相比太小，所以巷道收敛变形严重，巷道多次返修后还是处于不稳定状态。
4反底拱支护设计及施工
4.1巷道反底拱支护设计方案
针对以上情况，即在巷道底板进行浇灌钢筋混凝土反底拱支护设计试验。钢筋混凝土反底拱支护断面如图1所示。
①反底拱支护设计为双层绑扎钢筋网，垂直于巷道方向的钢筋顺反底拱绑扎成弧形网，钢筋网使用Φ22 mm@300 mm×300 mm螺纹钢纵、横捆扎。
②混凝土标号C20，混凝土配比为水泥：砂子：石子=1:2:2（体积比），水泥采用标号为P.O32.5普通硅酸盐水泥，砂子为含水率4%~6%的河沙，石子规格为10~20 mm，拌料要严格按配比进行，要搅拌均匀。
③反底拱掘挖成弧形，底拱中部至设计巷道混凝土底板上水平面垂直深度952 mm。
④反底拱垫层为在巷道底板加100 mm生石灰垫层，生石灰垫层可以吸收底板水分，并使自身固化，形成有一定强度的隔离层。钢筋网不得直接接触巷道底板。
⑤反底拱两帮预留刚筋可搭接多种刚性支护材料对巷道两帮及拱顶进行全断面支护。
⑥为了减少巷道底板直接接触水源，巷道底板不预留水沟，采用分段集中水管排水。
4.2施工工艺
采用人工放震动炮、配合风镐、手镐施工，采取分段掘挖、分段浇灌的方法施工，两班掘挖一班浇灌，快速施工。
工艺过程：放炮松动——垫实、加固轨道——出矸清理——打设底锚——绑扎钢筋网——紧固锚杆——浇灌混凝土——洒水养护——加固巷道底脚、喷浆。
①反底拱成型。为防止掘挖的反底拱中存有淤泥、积水，在反底拱浇灌段前部设临时水仓，用模板将淤泥、积水隔开，以免浇灌混凝土时混入其中，影响反底拱质量。
②打底锚杆。从巷道底板中央依次按照间距向巷道两帮布置。锚杆托盘压反底拱钢筋网，托盘压不住钢筋网时采用点焊平网压实。
③绑扎钢筋网。首先架设靠近底板一层钢筋网，钢筋搭接长度≥300 mm，两层钢筋网之间保证有200 mm的层距，钢筋网绑扎采用14#铁丝双股捆扎。
④混凝土运输。浇灌混泥土采用井上按照设计配比下料，井下搅拌机现场搅拌，严禁施工人员在井下自行配料。
⑤浇灌混凝土。浇灌时必须用模板与前面未浇灌反底拱隔开，防止跑浆。混凝土浇灌应随时对混凝土进行振捣并使其均匀密实，振捣采用插入式振捣器垂直点振。
浇灌工作结束后，要进行洒水养护，7 d以内每班洒水一次，7 d以后，每天洒水1次，持续养护28 d。
5应用效果
为了了解+535轨道石门进行浇灌钢筋混凝土反底拱的支护效果，在试验巷道长度100 m内采用十字布点法进行巷道位移观测。在100 m试验段内每隔20 m布置1个测点，进行2个月的矿压观测，通过对试验段与未进行反底拱加固段的巷道表面位移观测结果进行对比，在底鼓未治理巷道内底鼓量为1 823 mm，两帮移近量1 045 mm，顶板下沉量753 mm。浇灌反底拱后，底鼓量为97 mm，此数据为试验段巷道个测点平均值。从试验段矿压观测结果分析，浇灌反底拱对治理该矿区深部极软岩巷道效果明显，减少了巷道重复卧底、修护对巷道围岩的再次破坏，减少了矿井基本建设费用投资，更减少了工人在掘进期间的劳动强度。钢筋混凝土治理软岩巷道底鼓技术，先后在该矿集中皮带机道、井底车场、主回风石门等主要巷道共计3 100 m巷道得到应用，且取得了良好的效果，加快了矿井建设的步伐。
6结语
软岩极软岩矿压与围岩控制是当今世界地下工程中最复杂的技术难题之一。随着矿井开采深度的增加，生产矿井软岩巷道管理困难，巷道大变形、大地压、底鼓严重，难支护，陷入重复投资、多次复修的困境。钢筋混凝土治理软岩巷道底鼓技术，解决了该矿煤矿的生产实际问题，对国内类似条件矿区也有借鉴意义。
参考文献：
[1] 林伟立.深部软岩巷道锚杆支护技术研究与实践[J].山东煤炭科技,2008,(3).
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