摘要:以華潤煤業(yè)唐洞煤礦 －450 m 水平煤倉為例，針對大斷面巷道特性，通過采用工程類比法和理論分析等方法，選擇了“錨桿 + 錨索 + 注漿”的聯(lián)合支護方案。運用松動圈理論和耦合支護原理對錨桿、錨索支護參數(shù)進行了優(yōu)化計算，通過經(jīng)驗方法對注漿參數(shù)進行了優(yōu)化選擇�，F(xiàn)場礦壓觀測結(jié)果證明了“錨桿 + 錨索 + 注漿”的聯(lián)合支護技術(shù)較適合大斷面巷道的圍巖變形控制。
關(guān)鍵詞: 大斷面煤倉硐室; 圍巖穩(wěn)定性; 錨桿注漿聯(lián)合支護
1、工程概況
湖南華潤煤業(yè)唐洞煤礦 －450 m 水平煤倉直徑4． 6 m，開挖直徑 5． 6 m，屬于大斷面硐室，如圖 1 所示。該硐室埋深約 600 m，圍巖主要為粉砂巖，由于硐室跨度大，硐室開挖后，硐室局部位置將難免會產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象，導致片幫和冒頂事故發(fā)生，硐室支護將極為困難。
圖 1 煤倉斷面圖
2、大斷面硐室失穩(wěn)影響因素分析
2．1、巷道斷面的尺寸效應
如圖 2 所示，將巷道頂板模型視為兩邊固支，頂板載荷為均布載荷，載荷大小為 q，且將頂板近似為無限長的薄板。
圖 2 巷道頂板固支模型
2．2、應力與巷道圍巖穩(wěn)定性的關(guān)系
對于深埋巷道，科學界都將巷道等效為圓形巷道，本文將巷道等效為雙向等壓圓形巷道，通過彈塑性理論推導。
3、煤倉硐室支護方案研究
3．1、支護方案工程類比
對于大斷面硐室的支護，有以下可供選擇的方案
(1) 錨桿 + 襯砌支護。第一步為錨網(wǎng)噴臨時支護，第二步襯砌作為永久支護。
(2) 錨網(wǎng)噴 + U 型鋼支架聯(lián)合支護。與第一方案的唯一區(qū)別就在第二步支護，第二步支護選擇架U 型鋼支架作為永久支護。
(3) 錨桿 + 錨索 + 注漿聯(lián)合支護。該支護實質(zhì)是利用注漿錨桿進行注漿，提高破碎圍巖的整體性，提升圍巖自穩(wěn)能力。
根據(jù) －450 m 水平煤倉的圍巖特性，這幾種支護形式都是可行的，但錨砌支護方案硐室開挖量大，施工較復雜，且后期維護困難; 而錨網(wǎng)噴與 U 型鋼支架聯(lián)合支護方案的施工難度大、成本高; 錨桿、錨索、注漿聯(lián)合支護結(jié)構(gòu)則克服了上述兩種支護體系的缺點。采礦工程界在軟巖頂板、大斷面、破碎圍巖帶、高應力條件下等復雜條件下的巷道支護體系中較為普遍采用錨桿支護。然而在上述復雜條件下的巷道支護中，如按常規(guī)設(shè)計錨桿支護參數(shù)，根據(jù)工程經(jīng)驗，巷道圍巖的大變形不能得到有效控制，“錨桿－ 圍巖”的整體垮落是該類巷道變形失穩(wěn)的主要表現(xiàn)形式。為了解決此類安全問題，往往通過使用巷道圍巖注漿、小孔徑預應力錨索、單體柱進行加強支護。
通過對唐洞煤礦大型機電硐室使用調(diào)查與比較分析，從施工方便、工期短、材料消耗量省等因素考慮，煤倉硐室支護結(jié)構(gòu)要從永久、堅固、經(jīng)濟適用等幾方面綜合考慮，確定 － 450 m 水平煤倉硐室選用錨桿、錨索、注漿聯(lián)合支護方案。
3． 2、支護參數(shù)確定
錨索長度的設(shè)計。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，在一般不穩(wěn)定( Ⅳ) 圍巖中巷道垮度為 7 ～ 9 m，每米 2 ～ 4根錨索，長度在6 ～8 m 之間。故在唐洞礦煤倉支護中，錨索采用直徑為 5 mm 的鋼絲 7 根組合而成直徑為 15 mm，L =6． 5 m。
根據(jù)數(shù)值計算結(jié)果和工程類比，確定煤倉硐室采用 Φ20 ×2100 mm 強螺紋鋼無縱筋錨桿，錨桿間距設(shè)計為 700 mm，排距為 700 mm。錨固劑采用兩支型號為 Z2335 樹脂藥卷，錨固長度設(shè)計為 0． 8 m。
錨索采用 7 根 Φ5 mm 的鋼絲組合，設(shè)計錨索長度 L = 6． 5 m，直徑 Φ = 15 mm，錨索間距為 1500mm，排距為 1500 mm。每根錨索采用型號為 S2360的 4 個樹脂錨固劑藥卷錨固，每支樹脂錨固劑的長度 L =600 mm，直徑 Φ = 23 mm。單根錨索錨固力設(shè)計為≥2000 kN，錨索托盤采用型號為 300 mm ×300 mm × 10 mm 和 150 mm × 150 mm × 10 mm 大小兩個雙層疊加。錨桿( 錨索) 布置如圖 3 ～6 所示。
從圖1可以看出，煤倉底部斷面非常大，承載的壓力主要集中在煤倉底部兩端，故必須加強支護，通過注漿煤倉底部圍巖，使煤倉圍巖的粘聚力和內(nèi)摩擦角得到提高，從而使巖塊間相對位移的阻力得到增大，最終達到提高圍巖整體穩(wěn)定性的目的。此次注漿采用水泥水玻璃漿液。水泥漿液與水玻璃體積比為 1∶ 0． 03，水泥漿的水灰比設(shè)計為0． 8∶ 1，設(shè)計 注漿 孔 長 度 L = 3． 5 m，直 徑 Φ = 42mm; 注漿管采用普通鐵管或鋼管，直徑 Φ = 20 mm，長度 L =1． 5 m。封孔材料采用速凝水泥，封孔長度為 0． 5 m。煤倉底部進行注漿，B － B 剖面注漿孔間距一般為 1． 2 m，C － C 剖面注漿孔間距一般為 1． 6m; 排距均為 2 m，采用平行布置。斷面布置見圖 7和圖 8 所示。
圖 3 煤倉硐室錨桿( 錨索) 布置參數(shù)
圖 4 A － A 剖面錨桿( 錨索) 布置參數(shù)
圖 5 B － B 剖面錨桿( 錨索) 布置
圖 6 C － C 剖面錨桿( 錨索) 布置
圖 7 B － B 剖面注漿孔布置
圖 8 C － C 剖面注漿孔布置圖
4、煤倉硐室穩(wěn)定性現(xiàn)場觀測分析
該煤倉硐室已完工，項目組分別在煤倉底部、中部、底部設(shè)立了 3 個測站進行了 3 個月的礦壓觀測。從圖 9 可看出，在 1 測站( 煤倉底部) 兩幫移近量最大為 54 mm; 在 2 測站( 煤倉中部) 兩幫移近量最大為 51 mm; 在 3 測站( 煤倉上部) 兩幫移近量最大為45． 7 mm。圍巖的穩(wěn)定得到較好的控制。
從 圖10可看出，在1測站( 煤倉底部) 右?guī)鸵平孔畲鬄?29 mm; 在 2 測站( 煤倉中部) 右?guī)鸵平孔畲鬄?26 mm; 在 3 測站( 煤倉上部) 右?guī)鸵平孔畲鬄?22 mm�？梢娒簜}右?guī)蛧鷰r的穩(wěn)定得到較好的控制。
圖 9 煤倉硐室兩幫位移量
圖 10 煤倉硐室各測站右?guī)臀灰屏?/p>
近 3 個月的現(xiàn)場礦壓觀測結(jié)果顯示，大斷面煤倉硐室的圍巖變形在設(shè)計允許范圍內(nèi)，錨桿、錨索受力均勻，無失效錨桿、錨索。這充分證明了特大斷面硐室采用“錨桿 + 錨索 + 注漿”聯(lián)合支護方案是合理可靠的，煤倉硐室圍巖的長期穩(wěn)定能夠得到保證。
5、結(jié) 論
唐洞煤礦大斷面煤倉硐室支護施工表明: 唐洞煤礦煤倉硐室通過增加錨桿密度，加大錨索長度和密度，增加錨桿、錨索預緊力和錨固力來提高支護強度，噴漿封閉圍巖防止水和空氣侵蝕支護體，注水泥漿改變圍巖巖性等支護手段是行之有效的，而且操作較為簡便。盡管新方案支護材料費用有所增加，但大大降低了維護費用，保證了正常的生產(chǎn)，取得了顯著的經(jīng)濟效益。
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