大断面硐室底板锚网索施工配套设备及工艺优化

张志强

(山西煤炭运销集团 临汾公司，山西　临汾　041200)



大断面硐室底板锚网索施工配套设备及工艺优化

张志强

(山西煤炭运销集团 临汾公司，山西临汾041200)

摘要煤矿大断面硐室底板需要布置机电设备，因此，对底鼓量要求苛刻。经过综合比较，决定采用全长锚固注浆锚网索加固底板。由于硐室高度致使钻机无法支撑顶板进行施工，针对具体情况分别采用加工长滑架和底架的配套方式，解决了大断面硐室钻机施工的难题，并通过工艺调整保障了富水条件下底板锚索锚固力。

关键词大断面硐室；锚网索；全长锚固；底架

随着矿井机械化开采程度的不断提高，大型机械设备的应用越来越广泛，井下巷道和硐室的断面也越来越大，常常出现机电设备硐室底板底鼓，而影响设备基础的稳定。某矿Ⅱ61下采区作为矿井-600 m水平以下的首采区，巷道平均埋深接近700 m. 在Ⅱ61下采区轨道下山掘进过程中，采用浅部开采水平常规方式支护后，巷道变形难以有效控制，并呈现初期加速变形、长期流变难以稳定和受工程扰动明显的特点，巷道断面严重收缩已难以保障正常的通风及运输。对于断面更大、条件要求更高的机电设备硐室也面临着相同问题。由于硐室与一般巷道相比具有断面大且使用条件要求苛刻、长度短且变化多、周围巷道布置密集等特点，因此，深部硐室相比于普通巷道围岩控制难度更大，以Ⅱ61下采区绞车房为例，具体表现在以下两个方面：

1) 硐室内机电设备的布置具有特殊性，而硐室断面形状复杂多变，致使硐室围岩应力环境相对复杂，而且硐室高度、跨度普遍较大，施工工艺相对复杂，常用的台阶施工方法在施工过程中施工扰动更是加大了硐室的支护难度。

2) 对于绞车房这类的特殊硐室，由于需要开挖基础并在底板布置机电设备，一旦硐室底板出现不均匀隆起，将导致机电设备无法正常运转，甚至酿成重大事故，因此，此类硐室对底板底鼓量的要求十分苛刻。但是对于此类大断面硐室底板锚索施工，该矿并无实施经验，需要经过反复实践以解决大断面硐室底板锚索施工问题。

1工程概况

轨道下山绞车房是采区安全生产的主要硐室，硐室按3.6 m小断面掘出后已完成一次支护，支护方式为锚网喷支护，因硐室围岩条件较差及一次支护强度较低等因素影响，在高地应力作用下硐室围岩已发生局部变形破坏。目前，需要在小断面基础上分两段刷大断面后，安装设备。绞车房埋深约620 m，若上覆岩层平均容重按2 500 kg/m3考虑，则理论上巷道垂直应力在15.5 MPa左右，若应力集中系数按2～3考虑，则断层构造带巷道垂直应力将达到31～46 MPa.

2底板锚索支护参数

绞车房底板岩层岩性为砂质泥岩，巷道掘进过程揭露DF147正断层，在断层构造影响下，节理裂隙发育，且底板富水，绞车房底板永久支护应围绕绞车的基础进行，同时考虑绞车房底板整体的稳定性。绞车房底板支护采用高强锚网索支护，控制基础变形，保证大型设备的正常使用，同时在基础附近布置控底锚杆(索)，防止底板鼓起，让底板和帮顶支护承载结构协调作用，保持硐室围岩长期稳定。绞车房底板支护参数：绞车房底板基础下方锚索采用d17.8 mm×5 000 mm 1860钢绞线，间排距为1 200 mm×1 300 mm，锚索托梁采用18#槽钢，锚索托梁与锚具间加一组100 mm×100 mm×10 mm平托盘。锚杆选用d20 mm×3 000 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆预紧力矩应不小于300 N·m，锚索预紧力不低于100 kN.

3底板锚索施工配套设备及工艺优化

锚索按照锚固方式分为树脂端锚、树脂注浆联合锚固、注浆全长锚固，而对于底板锚索施工，无论树脂端锚还是树脂注浆联合锚固，都是采用小孔径锚索钻机施工，施工成孔困难，即使成孔后，树脂锚固剂也难以注入孔底，影响了锚固力指标，因此，决定对该矿大断面硐室采用注浆全长锚固底板锚索，锚索施工配套采用ZQJJ-200/1.8型气动架柱式钻机。注浆锚索示意图见图1.

图1　注浆锚索示意图

3.1配套底板锚索钻机

ZQJJ-200/1.8型气动架柱式钻机是由淮北四兴工贸有限责任公司设计生产的一种新型高效的凿岩设备(具体参数见表1)，主机由回转结构、推进结构、操纵机构、润滑机构及钻具组成，具有设备结构简单、辅助时间短、重量轻、劳动强度小、效率高等特点。

3.2注浆设备及其参数

锚索注浆采用2Zbq-30/3注浆泵，参数见表2.

在钻机打锚索眼过程发现，打眼刚完毕，底板水马上充满了整个钻孔眼，因此，要求注浆压力比较大，为3～4 MPa.

表1　 锚索钻机技术参数表

表2　2Zbq-30/3注浆泵技术参数表

3.3工艺优化

3.3.1底板锚索施工保障

通过测量ZQJJ-200/1.8整机最小高度为2.9 m，最大高度为4.7 m，然而绞车房主体硐室设计高度6 m，实际施工高度普遍超过了6.5 m，辅助开关硐室设计高度4.8 m，实际施工高度普遍达到了5 m，钻机无法支撑到顶板进行正常施工。针对现场情况提出了以下解决方法：开关硐室钻机整体高度与实际硐室高度相差不大，现有的滑架长度为1.8 m，决定对钻机的滑架加长，现场将滑架加工到2.5 m，从钻机顶部对其固定，加工长滑架能相对增加钻机最小、最大整机高度，保障了对开关硐室底板锚索的施工。对于绞车房主体硐室，由于滑架太长，从顶板固定钻机稳定性难以得到保证，考虑从底板加固底架对钻机进行固定，底架加工图见图2，该方法较好地解决了大高度底板锚索的施工难题，钻机卸掉底座的4个螺栓孔，然后将通过4个钻机固定底架孔将钻机固定在底架上，于4个底架固定底板孔内施工d22 mm×1 000 mm短锚杆将底板固定在底板上。底架可通过底架钻机固定孔组数及调整单次锚索施工数量与锚索孔间距调整。现场施工图见图3，通过观测，采用底架每班可施工9根锚索。

图2　底架加工图

图3　底板锚索施工图

3.3.2底板锚索锚固力保障

在实践过程中，底板锚索施工初期锚索锚固力合格率较低，表现为锚索注浆后经过7天养护期，锚索张拉机具张拉以锚固力100 kN为合格指标，合格率仅有50%左右，主要原因是硐室底板含水丰富，而水泥浆锚固性能差，弱化了其锚固性能，因此提出在孔底塞10卷水泥速凝锚固剂，对注浆锚索形成提前锚；其次原因是锚索施工初期施工工序存在干扰，具体施工时底板锚索施工工序为全部打孔后再注浆，初期注浆量大后期注浆量小，锚索孔存在窜浆影响，因此，提出了打一批注一批，有效避免窜浆影响，现场对20根锚索预紧力进行检测，合格率达100%.

4结论

1) 对于煤矿井下绞车房这类特殊硐室，由于需要开挖基础并在底板布置机电设备，一旦硐室底板出现不均匀隆起，将导致机电设备无法正常运转，甚至酿成重大事故，因此，此类硐室对底板底鼓量的要求十分苛刻。

2) 锚索按照锚固方式分为树脂端锚、树脂注浆联合锚固、注浆全长锚固，而对于底板锚索施工，无论树脂端锚还是树脂注浆联合锚固，都是采用小孔径锚索钻机施工，施工存在成孔困难问题，即使成孔后，树脂锚固剂也难以塞到孔底，影响锚固力指标，因此，决定对该矿大断面硐室采用注浆全长锚固底板锚索。

3) 加工长滑架和底架配套钻机施工，较好地解决了大断面硐室底板锚索施工难题，可为类似条件下硐室底板锚索施工提供借鉴。

4) 通过在硐室孔底塞水泥速凝锚固剂提前形成端锚，以及合理有序安排锚索打孔和注浆的批次间隔，有效避免了注浆窜浆，使锚索锚固力合格率由50%提高到了100%.

参考文献

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[4]曹明.恒源煤矿深部大断面软岩硐室围岩控制技术研究[D].徐州：中国矿业大学，2014.

·技术经验·

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Matching Equipment and Process Optimization of Bolt-mesh-anchor

Construction in Large Cross Section Chamber Floor

ZHANG Zhiqiang

AbstractThere are strict requirements about floor heave for the setting up of electronic-mechanical equipment on the floor in large cross section chambers in coal mine. After comprehensive comparison, measures like full-size grouting and cable anchor are decided to put into use to reinforce bottom floor. However, because of the height of the chamber, the drilling rig can not support the roof, thus failing to work. In view of this situation, the solution of processing long sliding framework and underframe is adopted to solve the above problem. And the anchoring force of bottom anchor with rich water is guaranteed through process adjustment.

Key wordsLarge cross section chamber; Bolt-mesh-anchor; Full length anchoring; Underframe

作者简介：赵银虎(1986—)，男，山西临汾人，2013年毕业于太原理工大学,硕士研究生，助理工程师，主要从事与采矿工程相关的工作

收稿日期：2015-03-05

中图分类号：TD352+.5

文献标识码：B

文章编号：1672-0652(2015)04-0034-03