高地应力大跨度硐室基础稳定性加固技术.pdf

2 0 1 2年第6期 煤矿机电 1 1 7 高地应力大跨度硐室基础稳定性加 固技术 韩小庆 ， 朱文军 ， 张文涛 ， 王航民 1 ． 新汶矿业集团 华丰煤矿，山东 泰安 2 7 1 4 1 3 ； 2 ． 新汶矿业集团 机电处，山东 新泰 2 7 1 2 0 0 摘 要 随着开采 向深部延伸， 高地应力造成巷道收缩、 底鼓 ， 矿井大型固定设备 的混凝土基础产 生变形 、 开裂 、 倾斜， 对设备安全运行会产生比较大 的影响。为 此， 探讨底板 的变形过程及稳定条 件 ， 研究适应性较强的底板 变形控制技术。 关键词 高地应力； 深部开采； 抗滑桩； 抗浮锚杆 中图分类号 T D 3 5 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 1 2 0 6 0 1 1 7 0 4 St u d y o f St r e n g t h e n i n g Te c h n o lo g y o f F o u n d a t io n St a b i l it y f o r L a r g e - Sp a n Ch a mb e r u n d e r Hi g h Ro c k - S t r e s s H A N X i a o q i n g ， Z HU W e n - j u n ， Z H A N G We n t a o ，W A N G H a n g m i n 1 ． H u a f e n g C o a l Mi n e ， X i n w e n Mi n i n g G r o u p C o ． ，L t d ． ， T a i ’ a l l 2 7 1 4 1 3 ， C h i n a ； 2 ．D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l a n d M e c h a n i c a l ， X i n w e n Mi n i n g G r o u p C o ． ，L t d ． ， X i n t a i 2 7 1 2 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t Al o n g w i t h t h e s t r e t c h i n g mi n i n g a c t i v i t i e s i n t o d e e p g r o u n d，t h e h i g h g e o s t a t i c s t r e s s wi l l c a u s e t h e c o n t r a c t i o n o f t h e r o a d wa y，t h e e x p a n s i o n o f t h e fl o o r ，a n d t h e d i s t o r t i o n，c r a c k i n g a n d t i l t i n g o f t h e c o n c r e t e f o u n d a t i o n f o r t h e l a r g e s t a t i o n a r y e q u i p me n t ．I n o r d e r t o a v o i d t h e s e ，t h e d e for ma t i o n p r o c e s s a n d t h e s t a b i l i t y c o n d i t i o n o f t h e fl o o r a r e i n v e s t i g a t e d a n d t h e h i g h l y a d a p t i v e a n d e f f e c t i v e t e c h n o l o g y for s t r e n g t h e n i n g fl o o r s t a b i l i t y i s s t u d i e d ． K e y wo r d s h i g h g e o s t a t i c s t r e s s ；d e e p mi n i n g ；a n t i - s l i d i n g p i l e ；a n t i - fl o a t i n g b o l t 0 引言 随着煤矿开采深度的加大 ， 国内已有一批煤矿 进入 1 0 0 0～1 5 0 0 m的深部开采阶段。由于开采机 械化程度 的提高 ， 巷道和硐室断面需要增大 ， 开采深 度的增加使底鼓 问题尤为突出。不仅影响通风 、 行 人和安全运输 ， 固定设备混凝土基础变形 、 开裂和倾 斜 ， 严重影响基础的稳定性 。 国内外防治底鼓的方法主要是 底板锚杆， 底板 注浆 ， 全封闭式支架 ， 底 板卸压槽 和底板卸压 爆破 等。这些方法难于有效解决华丰煤矿高地应力条件 下大跨度硐室底板稳定性问题。为此， 新汶矿业集 团华丰煤矿与山东科技大学合作， 研究适应性较强 的底板变形有效控制技术。 1 底鼓机理极限平衡分析 假设岩体服从库仑屈服条件， 如果不考虑岩体 自重， 当应力状态达到屈服条件时， 底板岩体就进入 塑性流动状态 。 由滑移线理论可推导出 q c。 c t g q s e x p [ 1 T。 e t g 2 g ]一 C c t g 1 一 般可根据两帮 的岩性及加 固和支护条件 ， 确 定两帮传给底板的荷载。因为当两帮传给底板的荷 载达到q时， 就会持续产生底鼓。发生底鼓时， 巷道 两帮也都进入屈服状态。硐室底板进入屈服状态后 的滑移线场如图 1 所示。 通过位移场分析， 确定底板的扰动范围 A B 2 B C c 0 s 孚 等 2 c o s ,ff 等 r 0 e x p 0 。 t g 2 B C r 0 e x p 0 G t g 3 1 l 8 煤矿机 电 2 0 1 2年第6 期 图 1硐室底板滑移线场 硐室中部扰动深度为 号 t a n 寻一 等 ta n r。 一 墨 竺 丛 2 e x p 0 ， J t g 式中 硐室底板的均布荷载； c 地层岩土粘聚力 ， k P a ； 滑移线与主应力方向夹角， 。 ； r n 主应力与 轴零夹角的矢径 ； 主应力与 轴的夹角， 。 ； D点主应力与 轴的夹角 ， 。 ； 4 c点主应力与 x轴的夹角 ， 。 ； 地层岩土内摩擦角， 。 ； 地层岩土重度 ， k N ／ m。 ； 2 高地应力条件下硐室底鼓控制技术研究 通过大量的现场调查分析， 发现底鼓是底板在 高地应力作用下进入了塑性流动状态而产生的持续 变形。最终确定 借鉴边坡稳定性的抗滑桩控制技 术， 采用微型抗滑桩和抗浮锚杆控制底鼓的滑动变 形 。微型抗滑桩是 由钻孔灌注施工的小 口径 通常 直径小于 3 0 0 m m 非位 移桩 ， 桩 内通常含 有加 筋 体 J 。微型桩结构简单， 施工快捷， 在边坡加固和 滑坡处理等方 面得 到了成 功的应用 。抗 浮锚杆 是采用高压注浆工艺， 使浆液渗透到岩土体的孔隙 或裂隙中， 使锚杆侧摩阻力比桩基大。用抗浮锚杆 加固底板， 有利于硐室底板抗浮， 且造价低廉， 施工 方便。 3 深部提升机基础加固实例 深部提升机基础加固平面图见图 2 。 酊墨 』一 莹 0 0 0 0 0 0 硐室中心 』 Q l o o o 4 2 0 0 图 2 提升机基础加 固平面 图 2 0 1 2 年第6期 煤矿机 电 l l 9 利用矿上现有的废 旧道轨制成微型抗滑桩 ， 长 度 45 m， 布置在提升机基础外围。安装时 ， 钢轨 桩向外偏斜 1 0 。 ， 底部朝外 。钻孔直径 9 0 mm， 钻孔 深度 比钢轨桩长度约浅 3 0 0 mm。将注浆管 固定在 钢轨桩上一起插 至钻孔底然后全孔 进行一 次性 注 浆。采用 4 2 5 普通硅酸盐水泥净浆， 水灰比为0 ． 5 ， 并加 0 ． 7 ％ 的减水剂 。根据浆 液下 渗情 况反 复补 注 ， 直到孑 L 口液面稳定为止 。钢轨外露 1 5 0 m m， 准 备与提升机基础浇灌为一体 。 在操作平台部分 ， 采用锚拉抗滑桩 。以提高抗 滑桩上部的稳定性。锚拉抗滑桩由钢轨桩和高强锚 杆组成。钢轨桩 结构 同前 ； 锚 拉结 构采用 直径 为 2 2 mm高强度锚杆 ， 长度 3 0 0 0 m m。锚杆与抗 滑 桩端部用组合槽钢梁连接 ， 并与操作平 台地面浇灌 为一体。 抗 浮锚杆采用 预应力 自进式 R 3 2 N型 中空锚 杆 ， 布置于提升机房 中线周围。采用矩形布置方式 ， 锚杆排距为 1 ． 0 m1 ． 4 m。锚杆垂直插入钻孔 ， 见 图 3 。 5 8 0 0 440 0 2 2 0 0 5 0 0 5 0 0 l 4 0 0 ／ 『 I／ 机房地坪／ _ 7 ．7一 ＼ l 7 O d ＼ f i’ 二 ● ＼ 一 一 -_ ＼ ／ J 。 ～ |． 3 I r 一 ＼ 景 强 8 星 吕 l g l l 呈 0 g f l l l 晷 f 昌 昌 0 8 掣 羞 0 皿 l l 撂 擐 撂 { 一 皿 8 4 4 0 2 ．9 8 量 茹 0 皿 景 0 ／ l _ l l 擐 撂 皿 皿 Ⅱ 嘏 皿 1 0 0 0 l 0 0 0 1 0 0 0 1 00 0 1 0 0 0 1 0 0 0 l 0 0 0 l 0 0 0 图3 锚杆布置图 提升机基础处锚杆长度 3 0 0 0 mm； 操作平台处 锚杆长度 4 5 0 0 m m。 4 深部提升机房底板稳定性监测 为了解提升机房硐室加固后底板的变形规律 ， 对加固效果进行准确评价 ， 一1 1 0 0 m矸石井提升机 房设观测点如图 4 。底板位移观测周期为 3 d 。 从观测结果看 出， 在基础开挖初期会 产生一定 量的变形 ， 基础及抗滑桩及抗浮锚杆达到强度后 ， 底 板变形迅速趋于稳定 。设 备安装后 ， 满足设备正常 运行要求 5 基础及底座的稳定性及调制系统分析 为方便提升机相关部件的调整， 将电动机、 减速 箱及减速箱侧的大轴轴承座安装在一个大底座上。 利用 S O L I D WO R K建立三维数学模型， 通过有 0 限元受力分析合理科学地确定板材厚度及各筋板的 合理位置。使底座的刚性及变形量能够符合使用中 1 0 m m要求。 鱼 图 4 测点布置 图 下转第 1 2 7页 2 0 1 2年第6期 煤矿机电 1 2 7 煤矿行业规定 ， 所有主提升绞车高、 低压电源均为双回 路。电源从工厂中央变电所引出线至绞车房高低 、 压开关 柜。这样一台绞车就要辅设 4趟电源， 两台绞车就要辅设 8 趟电源。而 2台绞车电控集中布置 ， 高、 低压柜分成两排 ， 这 样就容易实现内环供电， 从而节约了内环供电电源电缆的长 度。传统的绞车房布置方式要实现内环供电， 每根电缆长度 在3 0 n l 左右， 而集中布置后， 每根电缆长度只需 7 m左右。 这样高、 低压电缆均能节约4 6 m。从控制电缆使用情况看 ， 将各控制柜排在一起， 可有效利用多芯控制电缆， 从而也节 约了控制电缆的使用。 5 附属监控设施 为了保证煤矿安全生产， 目前所有提升绞车操作室内必 须安装 L E D视频监视系统， 必须让绞车操作司机在操作室 内能够看到翻矸架、 井 口、 井下工作面， 这样便于司机安全操 作。如果为独立车房， 则必须安装两套 L E D视频监视系统 ， 采取综合车房集中控制后 ， 只需安装一套 L E D视频监视系 统即可满足安全生产的需要， 节约成本近 1 ． 2万元。 2 综合性车房发展前景 目前中煤一处中泰项目部在施工中泰煤矿主、 副斜井井 筒时， 绞车布置就是采取将两台提升绞车集中布置， 电控系 统也集中布置的方式。主、 副斜井井筒分别于 2 0 1 2年安全 施工完毕。实践证明， 综合性车房可以进一步在煤矿基建行 业大力推广使用。若开发出双控电控系统， 将两套电控设备 合并在一起， 那么综合性车房占地面积将会更小。如果再能 研究开发出一控多台的提升绞车电控系统， 将会产生更大的 经济效益。 收稿 日 期 2 0 1 2 0 5 0 7 本栏责任编辑 郝迪 上接第 l l 9页 大底座采用分体结构 ， 解决 了井下巷道较窄 ， 运 输困难的问题。加工时以销轴定位， 整体加工， 精确 保证机架各加工面精度和底座 的组装精度。通过调 整垫铁厚度， 可以方便地调整中心高度， 保证设备的 同轴度要求， 提高电动机、 减速器等设备的使用寿 命。 6结论 采用抗滑桩 、 抗浮锚杆控制高地应力条件下大 跨度硐室的底鼓 ， 同时提升机采用整体高强度大底 座 ， 抗基础变形能力更强。该工程项 目在 2 0 1 1年通 过中国煤炭工业协会专家鉴定 ， 为矿井深部开采大 型固定设备可靠性提供 了一种新 的思路与方法， 具 有较好 的推广应用价值。 参考 文献 [ 1 ] 铁道部第二勘测设计院， 抗滑桩设计与计算[ M] ． 北京 中国 铁道出版社 ， 1 9 8 3 ． [ 2 ] D Z 0 2 4 0 - 2 0 0 4 ， 滑坡防治工程设计与施工技术规范[ s ] ． 作者简介 韩 ＼ 庆 1 9 7 4一 ， 男， 工程师。2 0 0 5年毕业于中国矿业 大学， 现任华丰煤矿机电副总工程师， 从事煤矿机电管理工作， 发表 论文多篇。 收稿 日期 2 0 1 20 6 2 9； 责任编辑 陶驰东 如何 写好文章摘要 本刊收到的一些来稿中， 发现有些作者没有化功夫写好文章的摘要。对一篇文章来说， 摘要是 十分重要的， 希望作者在撰写文章摘要时注意以下几点 1 ． 摘要应是论文内容不加注释和评论的简短陈述， 内容不应空洞和过于简单。 2 ． 摘要应具有独立性和自 含性， 即不阅读文章的全文， 就能获得必要的信息。 3 ． 摘要应是一篇完整的短文， 可以独立使用， 也可以引用， 有助于对文章内容的推广。 4 ． 摘要的内容应包含有与文章同等量的主要信息， 供读者确定有无必要阅读全文， 也供文摘等 二次文献采用 。 5 ． 摘要一般应该包括研究工作的目的、 方法、 结果和结论 4个方面的内容， 而重点是结果和结 论 。 6 ． 中文摘要一般在 2 0 0 ～ 3 0 0 字； 外文摘要不宜超过2 5 0个实词， 如遇特殊需要字数可以略多。 7 ． 夕 文摘要内容应与中文摘要一致， 并注意词句表达应符合英文语法规则， 防止错、 漏和词不 达意