朱仙庄矿底臌治理的监测及效果评价

刘俊俊

(安徽理工大学土木建筑学院,安徽 淮南 232001)

0 前 言

如今，对于支护技术快速发展，支护形式也越来越多，对于巷道顶部下移和两帮内移已得到解决，但目前为避免巷道出现底臌而采取又省钱又可行的方法却很少[2]。巷道出现底臌会使其断面变小，对车辆交通和人员通过将产生一定的影响，也不利于空气流动，面对底臌现象，不少矿井只能利用大量劳动力、财力来进行一些临时修复处理，若矿井底臌现象明显的话，很有可能使整条巷道无法使用，从而大大降低了矿山的生产率和安全性[3]。所以,采取经济有效的底臌治理支护方式及监测其支护效果具有十分重要的意义。

1.1 监测目的

进行现场监测是为了判断围岩是否稳定和了解支护结构的受力情况，从而可以对硐室及巷道的支护形式进行调整，最终保障作业的安全性与高效性。

1)提供监控设计的依据和信息。测量现场变位和受力可以得知支护结构的受力情况和变形程度，同时可以掌握围岩和支护的安全程度，为选择合适的支护形式提供合理的依据和计算所需的参数。

2)指导施工和预报险情。面对复杂地质情形的巷道围岩，像破碎松散的围岩、塑性流变大的围岩、遇水膨胀型围岩等这一类围岩，在作业时必须要进行现场测试且及时做好信息反馈，以保证作业的安全性。

3)用于理论校正与研究，给类似工程做参考。人们以前几乎是凭借积累的经验来进行地下空间的设计，后来随着科技的进步，分析方式的增多，理论分析得到了巨大的发展，其分析出来的结果渐渐得到人们更高的关注度。所以进行工程监测、掌握巷道围岩和支护结构的动态信息，对评定围岩巷道是否安全可靠是非常有必要的。

4)评判支护效果。利用监测出来的支护结构承受力大小与围岩收敛变形量大小来评判采用该支护方式工程的支护效果。

5)作为工程应用的经验资料。要想更清晰地掌握巷道、硐室的地压分布和支护结构的变形特征，得到与支护相关的参数信息，监测围岩变形和支护结构的受力是十分有必要的，同时有助于为情形相似的巷道支护参数的确定，也可作为改进支护设计的可行参考依据。

1.2 监测内容

选择三维格构式钢筋混凝土网架作反拱的支护方案用于加固巷道，现场监测的方面含有硐室围岩未修之前的松动区域、投入使用的网架的钢筋应变大小、两侧帮部及顶底部围岩变形收敛值、底板受压大小等。

1.3 测试点现场布置

当支护工作完成后，对于底板网架的承载情况、底板和顶板位移变化情况等都需要进行为期不短的监测工作，图1为监测点的分布情况。

1.3.1 测点布置

压力盒、网架钢筋计、围岩松动圈和变形监测点的分布情况见图1。

图1 测点布置示意图

1.3.2 测试结果及分析

1)围岩松动圈测试。图2～3显示了Ⅱ857行人联巷围岩松动圈的监测结果，从图中分析得到该围岩松动圈为190～200 cm，属大松动圈(LP=150～300 cm)的Ⅴ类围岩。

图2 围岩松动圈变化图1

图3 围岩松动圈变化图2

2)顶底板收敛变形测试及分析。在Ⅱ857行人联巷加固修理完成后，利用了差不多100 d的时间就其支护衬砌的收敛进行监测，然后对监测结果进行分析。

由图4～5显示可得，大约在开挖前20 d附近帮部围岩的收敛速度较快、50 d左右的收敛值较大，帮部的峰值收敛量处于20 mm附近，顶底部围岩的收敛速度前期较快，50 d左右速度变小，最大收敛值大约在17 mm附近，帮部和顶底部支护衬砌的收敛值大约在70 d附近走向平稳状态。

图4 帮部围岩收敛变化图

图5 顶底围岩收敛变化图

3)网架衬砌受力与变形的监测。为明确Ⅱ857行人联巷所采用的底臌修复方法对该巷道支护结构具有怎样的作用效果，在监测设备安装之前，认真分析设计文件与施工区的现场情形，两者相联系，选择在底臌修复卧底周围的网架混凝土衬砌中放置2个竖向钢筋计，然后再在处于卧底底板位置布置2个压力盒，进行现场跟踪监测。

图6为衬砌的钢筋应力随时间变化图，图6中曲线表明，在钢筋网架混凝土衬砌灌注完成前期，衬砌表现出稳定状态，钢筋所受应力呈上下浮动趋势且数值偏小。由于受巷道底板在卧底过程中的作业干扰，让混凝土衬砌在30 d前后所受应力快速增加，大约70 d之后应力基本上无明显变化，混凝土衬砌进入稳定状态。

图6 衬砌钢筋应力图

从图7压力盒的受力曲线图能看出，位于底板的压力盒在底板混凝土浇筑完成前期所受应力并不大，大约只有0.3 MPa。在基础设备的作业进行下，底板所受应力增加，速度较快，大约在90 d附近应力值达到最大，大约1.3 MPa，由图7观察，在80 d左右应力变化幅度明显减小，应力处于稳定状态，因此，可以推断这种钢筋网架混凝土衬砌的受力走势稳定。

图7 压力盒受力图

1.4 效果评价

因为安装了反拱支架，它的存在有着两处明显的效果，第一，相当于为硐室的底板增加了一组反力，它可以很好地减弱应力对底板的作用效果，有效控制底板的破坏；第二，拱形结构具有特定的属性，它可以起到转化力学的作用，就是把那些大的水平应力，分解成许多个其他方向的力，大大地减弱了应力的集中，从而可以使硐室和底板处于三维应力状态中，同时也增加了硐室围岩的稳定性。

经过支护处理后的Ⅱ857行人联巷，未出现限位块掉落的情形，喷浆层也没有产生裂缝，巷道断面没有明显收缩变化，巷道达到稳定理想状态，从而说明支护方式可行，完成了预期目标。

1)加快了施工速度。选择钢筋网架混凝土衬砌作为底臌修复的支护手段，不仅在时间和空间上可以交叉施工，而且给挺进施工获取了多工序平行施工的时间和空间，提高了施工效率，使作业速度得到提升，有助于巷道掘进施工的早日完成。

2)降低了支护成本。采用钢筋网架混凝土反拱衬砌支护方式可以很好地降低巷道围岩的变形(包括变形速度和变形量)，尤其对抑制底臌速度和底臌量更有效，从而可以达到巷道长久稳定的目的，这样就可以降低底臌治理修复次数，与此同时也就降低了支护费用，基于安全可行的前提下，使之具有更好的经济效益。

3)保留了一些有关底臌修复的经验。根据Ⅱ857行人联巷监测结果分析，可以得出反拱网架衬砌对于软岩巷道底臌的修复在技术上是可采用的，在作业过程中是安全的，在费用上是节省的，还能给其他地方类似的软岩巷道进行底臌治理时提供经验方法，因此有很强的推广价值。

2 结 语

总得来说，新型三维反拱网架混凝土衬砌对于软岩巷道底臌的修复在技术上是可采用的，在作业过程中是安全的，在费用上是节省的，更大意义的是在于为我国深部高应力软岩巷道底臌的治理提供了新的方向，在以后的工程应用中有着良好的发展前景。

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