B060313-井底车场硐室围岩破坏机理及加固技术研究.doc

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1、井底车场硐室围岩破坏机理及加固技术研究王爱国1王明远2林登阁2(1.滕州监狱济西煤矿，山东德州253000；2.山东科技大学，山东泰安271019)摘要分析了济西矿井井底车场硐室原有支护结构破坏情况，介绍硐室围岩破坏机理及加固方案的选择和修复加固工程设计与施工，硐室治理取得了良好的技术经济效果。关键词井底车场锚注加固破碎软岩1井底车场硐室变形破坏概况济西生建煤矿属山东省滕州监狱，位于济南市西邻齐河县境内，年设计生产能力45万t。井口标高+25.5m，开采水平-480m，采用立井开拓方式。副井井筒直

2、径为5.0m、深度为529.5m，表土层厚458.0m，井筒采用冻结法施工，冻结深度为488m。济西矿副井井筒穿过的地层为第四系、第三系和二叠系上石盒子组。其中，第四系和第三系分别为111.0m和347.5m，由粘土、砂质粘土、砾石、砂及粘土质砂等组成，二叠系岩性为紫色粉砂岩。副井井筒马头门硐室顶距表土层仅61.9m。副井马头门和井底车场硐室与巷道均位于约80m厚的紫色粉砂岩内，处于Fj2和Fj3两条断层交汇处。副井马头门及井底车场硐室和巷道于2004年初开始施工，至11月初已掘进1000m多。副

3、井马头门、中央泵房等硐室受到不同程度的破坏，有的硐室和巷道经修复加固后仍出现失稳破坏，严重影响矿井安全和后续工程的进行。副井马头门为直墙半圆拱，宽5.0m、高7.2m，采用锚喷临时支护、C40厚600mm钢筋混凝土永久支护。施工后，副井马头门硐室发生底臌（摇台基础已进行二次返修）、两侧自里向井筒方向发生变形和破坏。井筒附近出现多处横向和斜向开裂、混凝土剥落和钢筋外露，裂缝最大宽度已达20mm，混凝土最大剥落面积约有3m2、最大剥落深度超过100mm，且井筒南侧井壁已出现一道横贯的裂缝。中央主排水泵

4、房为直墙半圆拱断面，宽4.8m、高7.2m，采用锚喷临时支护、C30厚400mm钢筋混凝土永久支护，混凝土浇筑后侧墙发生明显内挤，位移量达150mm。针对济西生建煤矿井底车场副井马头门等硐室目前状况，迫切需要确定其发生变形破坏的原因、变形破坏后可能发生的后果以及提出相应的安全可靠的加固处理方案。2井底车场硐室围岩失稳机制分析经井下勘察、查阅地质和施工资料，分析认为副井马头门等硐室变形破坏的主要原因为：（1）井底车场硐室处于很薄的岩层中，其深度不利井底车场硐室和巷道均位于约80m厚的紫色粉砂岩内，距

5、表土层约60m。除去风化带，副井马头门等硐室和巷道所处基岩段的实际埋深也就是50m左右，这么小的厚度在国内是罕见的。井底车场所处基岩段厚度特别小，其不利表现为：很薄的基岩层除承受井底车场硐室及巷道开挖形成的集中荷载外，还需要直接承受上覆深厚表土层荷载的直接作用，而没有缓冲岩层分担地层压力和硐室开挖荷载的共同作用。（2）井底车场硐室和巷道处于地质构造带上，其位置不利整个井底车场硐室和巷道均处于FJ2和FJ3两条断层的交汇处，井底车场各硐室处于较高的构造应力作用下。副井马头门等硐室所揭露的岩层主要为块

6、裂结构，岩体中节理裂隙非常发育，表明在地质史上曾发生过构造运动，以及在副井马头门直墙上出现的斜向剪切裂缝是较高水平地应力作用的特征。地应力就相当于地面结构的荷载，构造应力往往导致很高的水平应力，这对硐室及巷道稳定极为不利。此外，根据已施工硐室和巷道揭露的地质情况分析，副井马头门等硐室和巷道还处于局部破碎的地质构造带上。（3）井底车场硐室和巷道处于低强、易软化、风化和泥化岩层中，其岩性不利井底车场硐室和巷道所处位置为紫色粉砂岩，岩性弱脆、强度低。它的不利之处在于：在地应力和开挖卸荷引起的集中荷载作用

7、下极易由块裂结构转化为碎裂结构，岩层碎裂导致硐室围岩的整体强度极度下降，并导致硐室围岩岩体产生体积膨胀，形成碎胀压力，加大了支护和衬砌上的压力；且不同部位的松动圈厚度不一致，从而作用在支护体上的碎胀力也是不均匀的，可导致支护结构受到偏压的作用。这是该紫色粉砂岩岩性不利的一个重要方面。且紫色粉砂岩主要为泥质胶结，岩层含水状态下软化系数较高，揭露后极易发生风化和泥化，且风化和泥化的速度极快。风化成泥后的岩层一方面强度基本降为零，可导致硐室围岩失去抵抗原始地应力的能力；另一方面岩层风化泥化使其围岩体积膨

8、胀，增大衬砌的压力。同时，岩体转化为碎裂结构后，可导致锚杆锚固失效，丧失支护能力，从而形不成有效的锚固组合拱结构。（4）井底车场硐室断面大，结构受力不利，硐室间的扰动应力相互影响副井马头门等硐室受力有两个不利因素：一是副井马头门硐室是直墙半圆拱结构，硐室净高为7.2m，对于高直墙结构，在水平侧向荷载作用下很容易发生弯曲失稳；二是副井马头门与井筒附近有人行通道和梯子间通道、空间关系复杂，而相互间的最大距离只有20m，根据围岩应力的扰动范围为硐室开挖半径的3～5倍考虑，这些硐室和井筒的