我國原煤產量位于世界首位，但由于多年的開采，淺部易開采的煤炭資源日益減少，據統計表明中國立井開采深度正以每年8～12m的速度增加,東部礦井開采深度正以每年10～25m的速度發展,預計在未來20年內我國多數煤礦將進入到1000～1500m的深度。深井開采最突出的問題是地壓大、地溫高。本文對趙樓煤礦深井軟巖硐室巷道加固技術進行了試驗研究，并取得了良好的技術經濟效益。

1、工程概況

趙樓煤礦隸屬兗州礦業集團公司，位于菏澤巨野煤田的中部，是兗礦在巨野煤田開發在建的一座大型現代化礦井。設計年生產能力300萬t，礦井服務年限60.1a。設計3個立井井筒，井口設計標高＋45.000m，開采水平標高-860m，副井井筒凈直徑7.2m，深度935.0m，井筒采用凍結法施工。

趙樓煤礦含煤地層為二疊系山西組和太原組，主采3煤層平均埋深700～1200m。井田內斷層46條，落差大于30m的多達21條，背斜8組。井底車場及硐室處在6煤底板、3灰頂板的粉砂巖、泥巖中，巖性不均一，地質條件較復雜，巖體組分變化大，存在構造應力且巷道斷面大。

2、支護方案及參數

2.1 井底車場巷道支護

井底車場硐室包括馬頭門、泵房、變電所、膠帶輸送機硐室、水倉及各種類型的交岔點及連接巷道等。它們一般斷面都較大,相互間存在交互影響,加大了巷道和硐室圍巖中的應力集中,加大了作用在支護結構上的外荷載。故采用擴大斷面錨網噴一次支護，錨注二次支護方式。馬頭門、變電所及泵房等重要硐室加現澆鋼筋混凝土聯合支護。支護參數如下：

（1）一次支護

擴大斷面，巷道每側擴大100mm，拱頂擴大100mm；掘后先噴50mm混凝土，以封閉圍巖；錨桿采用Ø22×2500mm高強讓壓可變形錨桿，底部1塊速凝樹脂錨固劑錨固，外部砂漿全長錨固，錨桿間排距800×800mm；錨桿托盤采用高強讓壓可變形錨桿配套托盤；金屬網采用Ø6mm冷拔絲焊接的金屬網；初噴砼厚度50mm，以封閉圍巖；待掛網后再噴40mm厚混凝土，噴射砼強度等級C20；底板不穩定有底臌傾向時，采用[16槽鋼、錨桿注漿加固，錨桿采用Ø22×1600mm高強螺紋鋼錨桿錨固槽鋼，每斷面5根，排距1.6m；注漿錨桿采用Ø25×1400mm無縫鋼管，每斷面3根，排距1.6m與高強錨桿隔排交錯布置。

（2）二次支護

待巷道穩定后（大約巷道施工15～20天后）實施錨注二次支護。

注漿錨桿采用Ø25×2400mm無縫鋼管制作，錨桿端部扭成S狀，安裝時用1塊樹脂錨固劑錨固，錨桿間排距1600×1600mm；錨桿托盤采用熱軋扁鋼；注漿采用單液水泥漿，水泥采用525#普通硅酸鹽水泥，水灰比0.6m，摻水泥重量1.5%的UNF－4高效早強減水劑；注漿壓力2MPa，瞬時壓力＜3MPa。

2.2 副井馬頭門支護

副井馬頭門屬井下大斷面重點工程， 2006年6月底已施工到底。因馬頭門處于不穩定圍巖中，馬頭門及連接部分采用高強讓壓錨桿＋錨索＋錨注＋噴射砼和澆灌鋼筋砼聯合支護體系加固。加固斷面圖如圖1所示。

圖1 馬頭門及其連接部分加固支護示意圖

Fig. 1 Sketch of reinforcement support in horsehead and its pontes

1—高強讓壓錨桿及金屬網； 2—噴射砼； 3—注漿錨桿； 4—C50砼； 5—底板加固錨桿；6—防水砼； 7—反拱梁； 8—爐渣砼； 9—防水砼； 10—搖臺基礎。

（1）高強讓壓可變形錨桿

馬頭門斷面大，受力條件因地處群峒之中而變得更惡劣，且受力變化大應力集中點多，因此錨桿選用Ø22×2500mm高強讓壓可變形錨桿；錨桿間距700～900mm；錨桿排距1600mm。

（2）內注漿錨桿

馬頭門連接部分寬≥5.0m時注漿錨桿選用Ø25冷軋無縫鋼管，壁厚δ＝4～6mm，錨桿長度L＝2500mm，間距1600mm，每兩根高強超長錨桿間裝一根注漿錨桿，呈梅花形布置；錨桿排距1600mm。

馬頭門及連接部分寬＜5m且＞4m 時，注漿錨桿選用=Ø25冷扎無縫鋼管，壁厚δ＝4～6mm，錨桿長2000mm，間距1600mm，排距B=1600mm。注漿錨托盤采用熱軋扁鋼B=100， δ =12制作。

（3）注漿錨索

馬頭門澆筑混凝土后，在拱基線以上施以注漿錨索加固，注漿錨索規格馬頭門連接部分寬≥5.0m時選Ø17.8×8000mm；馬頭門及連接部分寬＜5m且＞4m 時選Ø17.8×6500mm；間排距2500×3000mm。

2.3 主泵房及變電所硐室支護

因主泵房及變電所硐室在施工時錨索孔穿透泥巖層，伸入砂巖層而導致錨索孔漏水。漏水量在7～8m3/h，水質清澈，溫度在408左右。為防止滲水引起泥巖的軟化膨脹，對已成巷的泵房出水段實施錨網梁加強支護，并打專孔泄水，成巷完成后注漿止水。

⑴ 采用自外向里的順序對泵房出水段進行加強支護，拱形錨梁使用16#槽鋼制作，每節長2.5m，兩根錨桿固定，錨梁安設排距1.2m。每節之間采用螺栓連接，為保證錨梁合理受力，錨梁連接點相互錯開，并避免布置在正頂位置。

⑵ 錨梁采用錨桿懸吊固定，并向拱基線下延伸1m，用兩根錨桿在幫部進行承托。采用樹脂螺紋錨桿Φ22×2400mm，間距1.2m，每根錨桿使用1塊K2870樹脂藥卷和1塊CK2870錨固劑錨固。

⑶ 錨梁按中腰線施工，滿足硐室后期砌碹要求。安設錨梁時必須要接頂，對于大面積冒頂區采用水泥背板或噴漿料接頂。

3、加固效果

目前井底車場已施工3000余m，除在局部應力集中區、交岔點及硐室開口等處出現噴層開裂現象外，其他巷道和硐室基本保持完好，加固效果在巖層破碎巷道尤為明顯。-860m水平中央泵房硐室出水處施以注漿以加固和堵水。現已達到砌碹永久支護的要求。

通過開展的深井礦壓監測與巷道支護研究，設置測力錨桿、壓力傳感器、混凝土應變計和位移計等儀器儀表對巷道支護受力、變形情況進行監測。在馬頭門西側安設收斂變形測站；4#錨桿壓力傳感器、6#錨索傳感器安裝于副井馬頭門處；11#錨桿傳感器、17#錨索傳感器安裝在Ⅳ號交叉點處；并在副井馬頭門處安裝砼應變計測量現澆鋼筋混凝土所受的壓力大小。其最大變化值加下表表1。

表 1 各種監測值的最大變化量