我國原煤產(chǎn)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(jù)統(tǒng)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(fā)展,預計在未來20年內(nèi)我國多數(shù)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(jīng)濟效益。

1、工程概況

趙樓煤礦隸屬兗州礦業(yè)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(fā)在建的一座大型現(xiàn)代化礦井。設計年生產(chǎn)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(nèi)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(zhì)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(shù)

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(wǎng)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(xiàn)澆鋼筋混凝土聯(lián)合支護。支護參數(shù)如下：

（1）一次支護

擴大斷面，巷道每側(cè)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(wǎng)采用Ø6mm冷拔絲焊接的金屬網(wǎng)；初噴砼厚度50mm，以封閉圍巖；待掛網(wǎng)后再噴40mm厚混凝土，噴射砼強度等級C20；底板不穩(wěn)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(wěn)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(wěn)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(lián)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(wǎng)； 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(nèi)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(guī)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(zhì)清澈，溫度在408左右。為防止?jié)B水引起泥巖的軟化膨脹，對已成巷的泵房出水段實施錨網(wǎng)梁加強支護，并打?qū)？仔顾�，成巷完成后注漿止水。

⑴ 采用自外向里的順序?qū)Ρ梅砍鏊芜M行加強支護，拱形錨梁使用16#槽鋼制作，每節(jié)長2.5m，兩根錨桿固定，錨梁安設排距1.2m。每節(jié)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(qū)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(qū)、交岔點及硐室開口等處出現(xiàn)噴層開裂現(xiàn)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(xiàn)已達到砌碹永久支護的要求。

通過開展的深井礦壓監(jiān)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(jiān)測。在馬頭門西側(cè)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(xiàn)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(jiān)測值的最大變化量