论巷道高水充填材料在加固砌碹巷道中运用

论文导读：体和围岩将在其不耦合的部位发生变形和破坏，进而导致整个变电所失稳。（4）变电所碹体后的空隙作用。变电所碹体背后出现空隙的概率极高，而且位置分布不规律，导致碹体背后容易形成空隙。松动圈内破碎围岩冒落后在自重的作用下会向两边流动，使得碹体背后产生空隙，实际检测过程中也发现，变电所拱顶附近区域的空隙最为常见。而
【摘 要】分析了伯方煤矿二盘区变电所变形失稳原因，介绍了高水充填材料的使用特性，提出了变电所修复加固技术：首先进行砌碹碹体壁后充填，然后进行深部围岩注浆，再采用锚网索加固。实践效果表明，高水充填材料是加固砌碹巷道中效果良好，是治理修复同类巷道的良好途径。
【关键词】高水充填材料；砌碹；注浆加固；壁后充填
引言
伯方煤矿二盘区变电所采用砌碹支护，碹体厚度为500mm，根据现场调研发现，实际砌碹厚度不足500mm，变电所维护效果不理想。变电所有多处拱顶出现开裂现象，变电所顶部出现缝隙。砌碹支护为被动支护，在碹体与围岩存在空隙时，会形成一定程度的空帮、空顶，造成料石碹体承受点载荷或偏载荷，料石碹体承载能力显著降低，容易被破坏。二盘区变电所承担矿井二盘区的供电任务，其支护质量直接影响矿井的安全和生产效率。为保证生产，急需对变电所提供合理的修复加固对策。

1.巷道地质条件概况

伯方煤矿二盘区变电所位于二盘区运输巷东侧，平行于盘区运输巷布置，与盘区运输巷间煤柱宽17m。变电所东侧为水仓，水仓东侧为3204联络巷，水仓与变电所间煤柱宽15m，3204联络巷与变电所间煤柱宽35m。变电所南侧3202工作面及3203工作面已全部回采完毕，东西两侧分别为未开采的3204及3205工作面。目前正在安装3207工作面，准备3204工作面。变电所位置如图1所示。变电所布置在3#煤层中，沿煤层顶板掘进，断面为扇形拱，拱高1.5m，直墙高2m，采用料石砌碹支护，砌碹厚度500mm。煤层厚度5.82m，煤层倾角2-6°，内生裂隙，呈条带状结构，煤层节理中等发育，硬度f<1.5。

2.巷道变形破坏现状与原因分析

目前巷道破坏现状如下：受采动影响及邻近3204工作面联络巷掘进扰动影响，导致变电所围岩破碎，变形严重，拱角及拱顶碹体被挤压破碎、掉渣。根据对变电所围岩的窥视结果，变电所顶板及两帮均有较大的空隙，由于炮掘和煤层松软的原因，局部地段超挖量严重，变电所空顶和空帮现象严重[1-4]。
导致砌碹巷道变形失稳的力学机制较为复杂，影响因素较多，不仅与岩石本身的物理力学性质、构造的分布等有关，而且与巷道的力学环境与支护方式有关。根据变电所变形破坏情况，经过岩层窥视仪检测和理论分析认为，导致变电所变形破坏的主要原因以下几个方面：
（1）变电所本身支护方式的影响。变电所采用的砌碹支护属于被动支护，除支撑周围松散岩层的重量，对松动圈以外的岩层无法提供有效的主动支护作用。
（2）变电所掘进方式和施工工艺的影响。二盘区变电所采用炮掘，掘进期间超挖现象严重。采用砌碹支护时，由于碹体壁后未充填严实，碹体提供的初撑力很小，变电所围岩得不到及时支护，松散破碎的煤岩持续发生松动、垮落。另外，炮掘对变电所围岩的震动破坏大，造成围岩裂隙发展和松动范围加大，降低了围岩的强度和自承能力，加速了碹体的破坏。
（3）变电所的围岩组成与性质的影响。变电所沿煤层顶板掘进，煤层较软，内生条带裂隙，煤层节理中等发育。顶板为灰黑色泥岩，强度较低。受掘进扰动和回采影响后，围岩裂隙进一步发育。变电所采用料石砌碹支护，碹体与变电所围岩之间存在刚度和变形的不耦合。当某些部位出现不耦合时，碹体不能抵御变电所围岩变形与破坏时，碹体和围岩将在其不耦合的部位发生变形和破坏，进而导致整个变电所失稳。
（4）变电所碹体后的空隙作用。变电所碹体背后出现空隙的概率极高，而且位置分布不规律，导致碹体背后容易形成空隙。松动圈内破碎围岩冒落后在自重的作用下会向两边流动，使得碹体背后产生空隙，实际检测过程中也发现，变电所拱顶附近区域的空隙最为常见。而碹体后空隙会使砌碹结构的受力状态发生变化，在局部产生应力集中，会使砌碹结构受到偏心力，从而在局部摘自：学士论文www.7ctime.com
会产生内力增长，间接降低了砌碹结构的承载能力，造成砌碹结构的破坏。

3.巷道加固修复技术

由于变电所砌碹壁后存在较多空隙，采用高速充填材料先对变电所进行壁后充填，再对变电所深部围岩进行注浆加固。

3.1高水充填材料

根据充填和注浆的需求，选择ZKD型徐州博厦矿山科技有限公司生产的高水充填材料。该材料由甲料、乙料、加甲料、加乙料四种材料构成。甲、加甲料以质量比10：1在同一搅拌桶混合，论文导读：
乙、加乙料以质量比10：1在同一搅拌桶混合，甲料（加甲料）、乙料（加乙料）以质量比1：1配合使用。其中甲料是以硫铝酸盐水泥熟料为基材，加甲料由悬浮剂及少量超缓凝剂混磨而成，乙料是由石灰、石膏等混磨而成，加乙料由悬浮剂和复合充填早强剂等混磨而成。要求甲料（加甲料）和乙料（加乙料）两部分必须等量进浆出浆，混合均匀，其强度才能达到最大。高水充填材料性能可根据具体条件进行配制与调整。在实验室条件下，高水充填材料净浆单轴抗压强度见表1所示。
表1 高水充填材料净浆单轴抗压强度
水灰比胶结料用量/kg.m-1水用量/kg.m-1单轴抗压强/MPa
2h24h7d28d
0.887369814.4019.02

1.3222.55

1.074474410.215.817.9019.10

1.26477768.4014.015.2216.97

1.55428134.489.1410.36151

2.0426850

3.336.267.928.70

2.25385866424.746.197.08

2.5352880053.975.085.44

高水充填材料的优点是充填且可调、水灰比高、流动渗透性好、在高水灰比条件下100%结石且不淅水、固结体塑性好、能适应围岩变形、具有微膨胀性、充填程度高和成本较低。高水充填材料的固结体强度显著高于水泥浆液固结体强度[5，6]。摘自：毕业论文下载www.7ctime.com