双层底拱在深部软岩巷道底板治理中的应用

孙兆凯 马永禄

（山东能源集团龙矿集团阿尔巴斯二矿，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

1 概况

龙口矿区梁家煤矿属于典型的“三软”地层，矿压显现明显，工程稳定性极差。煤4 六采轨道中部车场反底拱工程，是直接影响到煤4六采区通风、采煤面排水和生产接续的重点工程。巷道经长时间收敛变形，巷道最小处断面为B×H=2000×3000 mm 的不规则形状，最大处断面为B×H=3000×3300 mm 类似直墙半圆形断面。其基础支护形式为一次支护锚网喷、锚梁支护，二次支护灌注、U29 钢棚并施工料石反底拱。原料石反底拱工艺为：按照设计尺寸开挖反底拱轮廓—整平夯实底板—铺设50 mmC10 砂浆作为底灰—摆放料石—C10 砂浆灌实灰缝—回填底拱至地坪。该工艺施工的底拱反复破坏，严重影响了提升运输安全和生产接续，且消耗了大量的人力物力。如何利用现有的材料，提高工程质量，加强底拱强度，解决底拱反复破坏，成为矿井研究的课题。

2 底鼓原因分析

（1）煤4 六采区深部巷道标高-660～ -720 m之间，巷道深，构造应力大。受围岩应力影响，巷道变形严重，主要表现为顶板正常、两帮内挤、巷道底鼓严重。

（2）煤4 六采区巷道处于含油泥岩岩层中，巷道稳定性差，岩石硬度低，支撑性极差。

（3）煤4 六采区下部水仓涌水，造成底板含水泥化，泥岩遇水膨胀，快速底鼓。

3 料石灌注反底拱支护设计及施工

（1）料石灌注反底拱设计方案

① 首先喷射50 mm 厚C20 砼，然后铺设一层金属网，再喷射50 mm 厚C20 砼，作为基础层。通过100 mm 的混凝土钢筋夹层为料石底拱打下一个基础。

② 摆放反底拱料石（同时按间距1000 mm 竖插1 根MSGLD-335/18×1000 螺纹钢锚杆），铺设料石底拱。

③ 距离料石上平300 mm 处按反底拱弧度挂设1 层Φ4 金属网（上好铁盘、螺帽）成型，最后灌注300 mmC25 砼，构筑底拱加强层。同时在墙基下按间距800 mm 摆放22 kg/m 道轨，在道轨上铺设行人大板，然后铺设道轨行车。

料石灌注底拱设计图如图1 所示。

图1 料石灌注底拱设计图

（2）料石灌注底拱施工方法

首先按设计尺寸进行卧底，出净矸石，找出反底拱荒断面轮廓并整平夯实，然后在底拱底部喷上50 mm 的喷浆料，再沿底拱中心线向两侧码放料石，料石码放至底拱的腮部。统一使用喷浆机喷浆，两腮以上料石边打喷浆料边码放料石，严禁统一码放料石集中喷机喷料。料石底拱施工完后，在料石底拱上部喷射50 mm 的喷浆料，料石要插入巷道一次支护巷道底脚内，料石与墙基处用喷浆机喷实。

在码放料石的同时，在底拱底部自中间向两侧每隔1 m 竖插1 根MSGLD-335/18×1000 的螺纹钢锚杆，不用药卷锚固。底拱正中竖插1 根，向两侧各1 m 均匀布置1 根锚杆，锚杆前后排距350 mm，锚杆保证在灌注完后外漏100～200 mm。料石上部用喷浆料喷射完后，在料石底拱往上300 mm 位置铺设一层钢筋网。该钢筋网利用底拱内的锚杆用铁盘压实并用铁丝缠绕固定，然后再在料石底拱和金属网间灌注300 mm 的灌注料，然后回填矸子到地坪。

为保证水仓水泵失效后水淹巷道时巷道支护质量，制定了以下方案：施工至水仓下口，灌注底拱施工完后，不回填地坪，铺设底拱的同时在墙基下预埋（型号为22～24 kg/m）铁轨。铁轨伸入两墙基不少于500 mm，前后间距800 mm。在道轨上顺巷密集铺设（宽度为200 mm，厚度为50 mm）大板，然后在大板上铺设道木和铁轨。

4 应用效果

4.1 巷道变化速率对比

采用传统工艺反底拱巷道变化量和变化速率，如图2、图3 所示。

图2 料石灌注底拱实施前巷道变化量

图3 料石灌注底拱实施前巷道变化速率

经过在施工中的反复检查和控制，影响底拱施工质量的各种因素完全得到了控制，底拱质量显著提高，材料消耗明显下降。相同条件、断面、工艺下的底拱质量对比可以看出，该底拱自实施以来至今未出现煤4 六采轨道下山30#前后段20 m 那样的破坏程度。施工料石灌注底拱后巷道变化量和变化速率，如图4、图5 所示。

图4 料石灌注底拱实施后巷道变化量

图5 料石灌注底拱实施后巷道变化速率

4.2 经济效益对比

由于新工艺的应用，底拱质量和强度明显提高，大大地减少了返修率，保证了矿井的安全生产和接续。效益如下：

（1）采用料石、灌注底拱工艺后，该项工程共计节约材料费6.5 万元。

（2）保证了煤4 六采中部车场的提升运输问题，为煤4 六采区下部开采返修预备工作争取了时间。

（3）通过预埋铁轨，施工完底拱后不回填地坪，为煤4 六采中部泵房水泵意外中止运转后提供了一个临时水仓，避免了水流出后渗入底板加剧底板破坏。

（4）煤4 六采中部车场按照新式反底拱工艺施工后，巷道能够满足通风、运输、行人等方面的要求，消除了不安全因素，保证了矿井的安全生产，产生了较好的社会和经济价值。

5 结语

通过料石、灌注双层底拱工艺在龙口软岩巷道深部采区的实践，有效控制了深部软岩巷道底鼓。通过灌注底拱增强了料石底拱的强度和硬度，使组合拱强度得到了有效提高，为软岩巷道底板治理技术提供了借鉴。