淮北礦業(yè)集團(tuán)袁店一礦1.8 Mta新井設(shè)計(jì)含5張CAD圖.zip,淮北礦業(yè)集團(tuán)袁店一礦1.8,Mta新井設(shè)計(jì)含5張CAD圖,淮北,礦業(yè)集團(tuán),袁店一礦,1.8,Mta,設(shè)計(jì),CAD 高滲透壓松散破碎大斷面失穩(wěn)巷道修復(fù)技術(shù) 摘要：針對(duì)淮北礦業(yè)集團(tuán)朱仙莊煤礦Ⅱ水平第二部皮帶機(jī)大巷的嚴(yán)重失穩(wěn)問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)分析，生產(chǎn)實(shí)踐表明原有的支護(hù)方案已經(jīng)不能適應(yīng)不斷惡化的圍巖狀況，大巷在底臌出現(xiàn)并進(jìn)行治理后，幫部出現(xiàn)嚴(yán)重變形跨落。本文在詳細(xì)分析大巷地質(zhì)條件、施工狀況、水文地質(zhì)等條件后，提出了巷道失穩(wěn)的5個(gè)重要原因。在地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)圍巖松散破碎圈和鉆孔窺視儀系統(tǒng)探測(cè)的基礎(chǔ)上，提出了治水-探測(cè)-復(fù)修-監(jiān)測(cè)的高滲透壓松散斷層破碎帶大斷面已失穩(wěn)巷道強(qiáng)化修復(fù)控制技術(shù)。 關(guān)鍵詞：高滲透壓；斷層破碎帶；失穩(wěn)巷道修復(fù)；地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)；大斷面；鉆孔窺視 1 Ⅱ水平第二部皮帶機(jī)大巷工程概況 1.1 地質(zhì)條件 Ⅱ水平第二部皮帶機(jī)大巷位于礦井南部二水平Ⅱ3采區(qū)下部，標(biāo)高-676.2~-683.6m，施工全長(zhǎng)1025m。區(qū)域內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜斷層較發(fā)育，共計(jì)揭露大小斷層八條，落差在1.5~20.0m間，其中落差5m以上的斷層有：F19正斷層，落差20.0±m(xù)；F19-1正斷層，落差5.0±m(xù)；SF22正斷層，落差5.0±m(xù)；ⅡF2正斷層，落差5.0~10.0m。巷道施工層位在10煤下和一灰之間，層間距約65m，局部地段受斷層錯(cuò)斷影響，穿一灰在一灰與二灰之間層位施工。底鼓段巷道向外約40m拐彎處揭露有F19斷層(傾角70°，落差20~35m)，上盤巖層為薄層狀層理的灰色細(xì)砂巖，下盤巖層主要為1.5m厚的石灰?guī)r，斷層面有淋水現(xiàn)象。 底鼓段巷道位于一灰和二灰之間，一灰緊貼巷道頂板，二灰距離巷道底板15~18m，三灰距離巷道底板40m左右。巷道揭露巖性主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖。 圖1-1 第二部皮帶機(jī)大巷與周圍巷道關(guān)系圖 1.2 施工概況 Ⅱ水平第二部皮帶機(jī)大巷(北段)設(shè)計(jì)為近太原群灰?guī)r含水組掘進(jìn)的巷道，主要在10煤層至一灰間掘進(jìn)，局部地段揭露一灰或在一灰下施工。該巷設(shè)計(jì)全長(zhǎng)1025m，于2009年2月中旬開始撥門施工，至2010年8月中旬施工完成。 巷道采用錨噴＋全封閉29U型棚+滯后注漿支護(hù)，放炮后找頂、初噴50mm，施工支護(hù)錨桿，錨桿為GM22/2800-490高強(qiáng)螺紋鋼樹脂錨桿，每根錨桿用兩卷樹脂藥卷錨固，錨桿拉拔力不小于80kN，錨桿初錨扭矩不小于300N?m，錨桿間、排距800×1000mm。架全封閉29U型棚支護(hù)，棚距500mm，棚子搭接長(zhǎng)度500mm，每處搭接用特制鐵板拉鉤聯(lián)接，每處搭接用兩副限位卡纜和一副雙槽型普通卡纜緊固，卡纜螺母扭矩不小于300N?m，頂、幫采用φ10mm鋼筋笆腰背，底板以下采用φ10mm鋼筋笆和鐵背板腰背，噴射混凝土標(biāo)號(hào)為C20，噴厚150 mm。滯后注漿，注漿錨桿采用φ20×2000mm鋼管加工，間、排距2000×2000mm。注漿一般滯后迎頭150~200m。 支護(hù)工藝流程：初噴→打頂錨桿→掛頂梁→背頂→打幫錨桿→栽棚腿下底梁→腰幫、腰底→復(fù)噴→打注漿錨桿→滯后注漿。 1.3 底鼓變形 Ⅱ水平第二部皮帶機(jī)大巷(北段)拐終測(cè)點(diǎn)前39~89m在2010年10月1日中班16：30~10月2日早班06：00短時(shí)間內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重變形，主要表現(xiàn)為嚴(yán)重底鼓，底梁卡纜斷裂，噴層大量脫落，10月2日夜班04：30左右伴隨底板出水，水量在2~3m3/h，至10月4日夜班底鼓基本穩(wěn)定，最大底鼓量1.1m，水量穩(wěn)定在2~3m3/h，底鼓段巷道是2009年5月份施工完成的。 底鼓段巷道來(lái)壓情況如下：底鼓段巷道于2009年5月份開窩施工。 第1次來(lái)壓在2009年11月份底鼓200mm左右，底鼓后已進(jìn)行臥道。 第2次在F19斷層附近，雞心道鼓起，進(jìn)行臥道處理。 第3次來(lái)壓在2010年8月2日，在拐終測(cè)點(diǎn)向前10~80m，巷道底板出現(xiàn)不同程度的底鼓，造成巷道兩幫向內(nèi)側(cè)擠壓造成水溝變形、漿皮開裂掉落。由于底鼓原因造成軌道變形，項(xiàng)目部對(duì)該段巷道進(jìn)行臥底施工，長(zhǎng)度70m，平均臥底寬度3m，平均高度200mm。自10年8月中旬后，在拐終測(cè)點(diǎn)向前10~100m，巷道壓力顯現(xiàn)比較明顯，主要表現(xiàn)為噴層開裂，局部卡纜斷裂失效。 第4次來(lái)壓在2010年10月01日下午14：30開始底鼓(拐終點(diǎn)前39~89m)，多處底部卡纜斷裂失效，至10月4日夜班基本穩(wěn)定，最大底鼓量1.1m。 1.4 水文特征 Ⅱ水平第二部皮帶機(jī)大巷下部灰?guī)r標(biāo)高大部分在-680m以下，富水性弱，但水壓大，二灰目前水位標(biāo)高為-45m(06-觀1孔資料)左右。根據(jù)探查F19斷層取芯成果顯示，底鼓段段一灰厚約3.4m，距10煤法距63m，二灰厚度約1.5m，距離一灰15~18m，三灰厚度9.0m，距離二灰16m，四灰厚度0.8m，距離三灰1.5m。 太原群灰?guī)r含水層組位于10煤底板下60m左右，含灰?guī)r11~12層，各層灰?guī)r間均由一定厚度的泥巖、砂巖隔水層組成，該含水組富水性有明顯的垂直分帶現(xiàn)象，一般-300m以上，灰?guī)r巖溶較發(fā)育，富水性強(qiáng)，q=0.392~1.755l/s.m，k=1.14~3.11m/d；-300m以下巖溶發(fā)育較低，富水性弱，q=0.0121~0.0132l/s·m，k=0.021~0.059m/d；該含水層組上段一、二灰厚度薄，富水性差；三、四灰厚度大，含水豐富；五灰以下沒(méi)有抽水資料，富水性不祥。 該巷道防治水工程設(shè)計(jì)依據(jù)為：將一灰、二灰作為隔水層，防止三、四灰出水，安全隔水巖柱取40m。委托西安煤炭科學(xué)研究院物探所和中國(guó)礦業(yè)大學(xué)分別施工直流電法超前探測(cè)和瞬變電磁超前勘探工程，預(yù)測(cè)巷道前方上下80m范圍內(nèi)巖層的富水性、隔水層的厚度等參數(shù)，并根據(jù)探測(cè)結(jié)果施工驗(yàn)證鉆孔掩護(hù)掘進(jìn)施工。進(jìn)入Ⅱ水平第二部皮帶機(jī)巷后每80m做一次直流電法勘探工程和瞬變電磁勘探工程，并根據(jù)探測(cè)結(jié)果施工驗(yàn)證鉆孔，截至2010年10月已施工直流電法勘探11次，瞬變電磁10次，驗(yàn)證鉆孔16個(gè)。 在揭露F19斷層前在Ⅱ水平第二部皮帶機(jī)大巷中間聯(lián)巷施工了直流電法超前探測(cè)，并分別施工了2個(gè)探查F19斷層的鉆孔，其中F19-探2孔47m見三灰，出水量6~7m3/h；現(xiàn)巷道底鼓段在掘進(jìn)施工前(09年5月份)已施工直流電法進(jìn)行了探測(cè)，根據(jù)探測(cè)結(jié)果在2#鉆場(chǎng)施工了一個(gè)超前鉆孔和一個(gè)底板異常區(qū)探查孔，底板鉆孔18m見二灰，19.5m出水約6~7m3/h，水壓6.5MPa;后水量逐漸減小，至2010年5月份時(shí)無(wú)水。 2010年10月1日中班發(fā)現(xiàn)巷道底鼓后，礦聯(lián)系安徽惠州地下災(zāi)害研究設(shè)計(jì)院于10月3日夜班施工了高分辨直流電法和震波CT對(duì)底鼓段巷道下方富水性及構(gòu)造情況進(jìn)行了探測(cè)，結(jié)果顯示底鼓段下方呈高阻，無(wú)富水異?，F(xiàn)象。已在相鄰40m(平距)的Ⅱ水平軌道大巷設(shè)計(jì)鉆孔對(duì)底鼓段附近下方巖層富水和構(gòu)造情況進(jìn)行探測(cè)，目前鉆孔正在施工中。 1.5 變形原因 (1) 圍巖性質(zhì)：二水平第二部皮帶機(jī)巷變形失穩(wěn)分段位于斷層破碎帶內(nèi)，巷道圍巖裂隙較發(fā)育，巖性完整性非常差，并且圍巖中含有蒙脫石等膨脹軟巖，加上灰?guī)r水的影響，圍巖局部發(fā)生泥化，交叉點(diǎn)周圍5m范圍內(nèi)已完全沖空，圍巖浸透松散、破碎，圍巖自身強(qiáng)度較低，在多種應(yīng)力作用下，易出現(xiàn)碎脹破壞、軟巖流變，同時(shí)觀測(cè)表明巷道頂板與地板層狀巖體不均衡性產(chǎn)生的弱化區(qū)如含弱面或軟弱夾層、幫角巖體破壞區(qū)、開放的底板。巷道圍巖強(qiáng)度低等成為巷道發(fā)生變形破壞的主要因素之一。 (2) 滲流水：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)和對(duì)已有的水文地質(zhì)資料進(jìn)行分析表明，二水平第二部皮帶機(jī)巷底板巖層下含有灰?guī)r水壓，在2#鉆場(chǎng)施工的灰?guī)r探查孔起始出水量約6~7m3/h，水壓6.5MPa，水量較小但水壓較大，水主要來(lái)源二灰?guī)r和三灰?guī)r。根據(jù)10月3日安徽惠州地下災(zāi)害研究設(shè)計(jì)院提供的物探結(jié)果看，底鼓段下方富水性弱，由于巷道底板所承受水壓大，前期底板支護(hù)強(qiáng)度低，導(dǎo)致巷道局部范圍底鼓嚴(yán)重，后來(lái)的臥底處理雖然解決了巷道底鼓問(wèn)題，但是破壞了巷道兩幫整體支撐結(jié)構(gòu)，弱化了圍巖整體承載結(jié)構(gòu)，使圍巖塑性區(qū)進(jìn)一步向深部發(fā)展，松動(dòng)圈與破碎帶范圍也比臥底前進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)底鼓問(wèn)題解決后，高壓強(qiáng)的滲流水沿著裂隙向巷道兩幫擠入，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了原有兩幫設(shè)計(jì)的支護(hù)強(qiáng)度，也是巷道發(fā)生變形失穩(wěn)的主要因素之一。 (3) 采動(dòng)影響：礦井實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程表明Ⅱ1034工作面已回采至距離F19斷層180m左右，應(yīng)力有可能沿?cái)鄬觽鬟f，造成巷道短時(shí)間內(nèi)底鼓。同時(shí)，巷道上方70m左右有Ⅱ836巖軌巷，與該巷道相鄰40m(平距)的Ⅱ水平軌道大巷等巷道掘進(jìn)和放炮震動(dòng)等影響，也可能造成巷道來(lái)壓底鼓。研究表明二水平第二部皮帶機(jī)巷受到多次采動(dòng)的應(yīng)力擾動(dòng)，局部破壞了原有巷道的穩(wěn)定性。巷道多次經(jīng)歷“擾動(dòng)-穩(wěn)定-擾動(dòng)-穩(wěn)定”的損傷過(guò)程，裂隙巖體不斷發(fā)育，加之滲流對(duì)巷道圍巖裂隙巖體應(yīng)力場(chǎng)的力學(xué)效應(yīng)，導(dǎo)致了最終的失穩(wěn)變形。二水平第二部皮帶機(jī)巷的失穩(wěn)問(wèn)題本質(zhì)上是采動(dòng)應(yīng)力、地應(yīng)力和地下水滲透力相互影響、相互作用的巖體水力學(xué)問(wèn)題。 (4) 構(gòu)造應(yīng)力：從巷道優(yōu)化角度上分析可以發(fā)現(xiàn)，該巷道最初設(shè)計(jì)存在不足，二水平第二部皮帶機(jī)巷一方面是穿斷層布置，且F19斷層為正斷層，伴隨應(yīng)力釋放，巷道除受大構(gòu)造應(yīng)力作用外，還受巷道附近正斷層的影響，使其同時(shí)承受垂直和水平方向構(gòu)造殘余應(yīng)力。巷道臥底處理后，應(yīng)力沿巷道薄弱點(diǎn)突破支護(hù)可能是造成失穩(wěn)破壞的原因。同時(shí)該分段是中間聯(lián)巷和皮帶機(jī)巷的連接地段，從結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，容易導(dǎo)致應(yīng)力集中和巷道受力不均衡。該區(qū)域構(gòu)造殘余應(yīng)力對(duì)巷道結(jié)構(gòu)的影響也不可忽視。 (5) 巷道斷面大、支護(hù)能力弱：二水平第二部皮帶機(jī)巷斷面達(dá)到4800mm×3800mm，加上與中間聯(lián)巷相連接，形成巨大的地下空間，而與之對(duì)應(yīng)的支護(hù)能力較弱，巷道原設(shè)計(jì)對(duì)底板的支護(hù)能力較弱，導(dǎo)致后期發(fā)生底鼓，同時(shí)由于底鼓后的臥底處理，破壞了幫部的支撐結(jié)構(gòu)，內(nèi)部出現(xiàn)大量空洞、裂隙、孔隙，導(dǎo)致幫部支護(hù)整體性偏弱，無(wú)法形成頂板穩(wěn)定承載基礎(chǔ)。由于巷道高度較大，雖巖體硬度尚可，但是多次擾動(dòng)加上斷層帶，未形成整體的巷道圍巖支撐結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度偏低，使頂板承載結(jié)構(gòu)失去了穩(wěn)定基礎(chǔ)。由于巖體內(nèi)部破碎帶擴(kuò)大，加上高壓水的滲流擠入，沒(méi)有及時(shí)封堵和幫部加強(qiáng)支護(hù)，導(dǎo)致幫部失穩(wěn)，最終出現(xiàn)現(xiàn)在的失穩(wěn)破壞。 總之，該類巷道控制技術(shù)為高滲透壓松散斷層破碎帶大斷面已失穩(wěn)巷道擴(kuò)修施工安全及長(zhǎng)期維控強(qiáng)化控制技術(shù)難題，巷道失穩(wěn)變形本質(zhì)上是圍巖滲流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、損傷場(chǎng)三者相互耦合的結(jié)果，對(duì)該類巷道進(jìn)行修復(fù)也應(yīng)該考慮三者的綜合治理。 2 總體技術(shù)思路與技術(shù)路線 該巷道治理過(guò)程中主要圍繞以下4方面開展： （1）圍巖松散破碎范圍的確定； （2）區(qū)域性疏水降壓； （3）安全擴(kuò)刷與承載環(huán)的構(gòu)建； （4）補(bǔ)強(qiáng)加固及長(zhǎng)期維控。 擴(kuò)刷過(guò)程中要考慮化學(xué)漿液的保護(hù)性固結(jié)，然后再進(jìn)一步實(shí)施密集架棚工作，同時(shí)采取主動(dòng)強(qiáng)化方案，構(gòu)建有效承載環(huán)，見圖2-1，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期維護(hù)的目的。 圖2-1 巷道最小加固范圍與承載結(jié)構(gòu)示意圖 3 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)圍巖松散破碎圈研究 3.1 工程概況 朱仙莊Ⅱ水平第二部皮帶機(jī)大巷底鼓待修復(fù)巷段由于受到下覆高水壓灰?guī)r水的影響，圍巖局部發(fā)生泥化，交叉點(diǎn)周圍5m范圍內(nèi)已完全沖空，圍巖浸透松散、破碎，圍巖自身強(qiáng)度較低，在多種應(yīng)力作用下，出現(xiàn)碎脹破壞、軟巖流變，導(dǎo)致巷道一定范圍內(nèi)的圍巖體喪失承載能力。因此，通過(guò)測(cè)定圍巖松散破碎圈的大小，可以為確定合理的承載環(huán)厚度提供依據(jù)，指導(dǎo)后續(xù)的注漿加固工作。因此本課題組擬采用探地雷達(dá)探測(cè)與鉆孔窺視相結(jié)合的方法，通過(guò)在待修復(fù)巷段內(nèi)選取若干個(gè)具有代表性的斷面進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)所測(cè)得的多組圍巖參數(shù)，按照經(jīng)驗(yàn)或概率統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)確定松散破碎圈的大小。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)于2012年4月17日應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)方法對(duì)頂板巖層破碎帶進(jìn)行探測(cè)。根據(jù)探測(cè)目的對(duì)介質(zhì)物理屬性進(jìn)行分析，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件制定可行性方案，而后組織物探專業(yè)隊(duì)伍進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后形成探測(cè)成果報(bào)告。 3.2 探地雷達(dá)的工作原理 探地雷達(dá)（Ground Penetrating Radar，GPR，又稱地質(zhì)雷達(dá)）由發(fā)射部分和接收部分組成。發(fā)射部分由產(chǎn)生高頻脈沖波的發(fā)射機(jī)和向外輻射電磁波的天線(Tx)組成。通過(guò)發(fā)射天線電磁波以60°～90°的波束角向地下發(fā)射高頻電磁波（106～109Hz），電磁波在傳播途中遇到電性分界面產(chǎn)生反射。反射波被設(shè)置在某一固定位置的接收天線（Rx）接收，與此同時(shí)接收天線還接收到沿巖層表層傳播的直達(dá)波，反射波和直達(dá)波同時(shí)被接收機(jī)記錄或在終端將兩種波顯示出來(lái)。 圖3-1 反射雷達(dá)探測(cè)原理 脈沖波旅行時(shí)為： 當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速v為已知時(shí)，可根據(jù)精確測(cè)得的走時(shí)t，由上式求得目標(biāo)體的深度z。式中x值即收發(fā)距，在剖面測(cè)量中是固定的；v值可用寬角法直接測(cè)量，也可以根據(jù)近似計(jì)算公式 式中：c為光速，為地下介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。 波的雙程走時(shí)由反射脈沖相對(duì)于發(fā)射脈沖的延時(shí)而確定。雷達(dá)圖形常以脈沖反射波的波形形式記錄。波形的正負(fù)峰分別以黑色和白色表示，或以灰階或彩色表示。這樣，同相軸或等灰度、等色線，即可形象地表征出地下反射界面。圖3-2為波形記錄示意圖。圖中對(duì)照一個(gè)簡(jiǎn)單的地質(zhì)模型，畫出了相應(yīng)的波形記錄。在波形記錄上，各測(cè)點(diǎn)均以測(cè)線的鉛垂方向記錄波形，構(gòu)成雷達(dá)剖面。 圖3-2　雷達(dá)剖面記錄示意圖 反射脈沖波形的明顯程度，是對(duì)探地雷達(dá)圖像進(jìn)行地質(zhì)解釋的重要依據(jù)。它決定于發(fā)射脈沖波的能量，波在地質(zhì)界面上的反射特性以及波在地下介質(zhì)中行進(jìn)時(shí)的衰減情況。反射特性決定于物性界面的波阻抗差異，以反射系數(shù)描述。 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)具有分率高、成果解釋可靠、應(yīng)用范圍廣泛、操作簡(jiǎn)便和自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)淺層(30m以內(nèi))地質(zhì)調(diào)查，有著非常廣泛的應(yīng)用前景，如探測(cè)采空區(qū)、基巖面、覆蓋層厚度、查找潛伏斷層、破碎帶、古溶洞，以及地下掩埋物（管道、電纜、金屬目標(biāo)等），管道溝，涵洞，等特別有用，對(duì)于壩基地質(zhì)調(diào)查，地下水位的測(cè)定，各種環(huán)境地質(zhì)調(diào)查，如污染物及管道泄漏范圍的測(cè)定，淺部裂縫調(diào)查，以及考古調(diào)查等都很適用。 3.3 施工方法技術(shù)及參數(shù)選擇 3.3.1儀器參數(shù) 本次探測(cè)采用從瑞典MALA GEOSCINCE公司引進(jìn)了世界最先進(jìn)的探地雷達(dá)系統(tǒng)RAMAC/GPR。該系統(tǒng)配置了9套雷達(dá)天線，頻率范圍在1GHz～1000Hz之間，其中4套為屏蔽天線，5套為非屏蔽天線，可以滿足不同探測(cè)深度和精度要求，是國(guó)內(nèi)探地雷達(dá)天線最全的單位之一。 探地雷達(dá)具有以下特點(diǎn)： 1） 無(wú)損檢測(cè)； 2） 分辨率高； 3） 連續(xù)測(cè)量； 4） 可滿足不同探測(cè)深度和精度需求（通過(guò)選擇適當(dāng)頻率的天線實(shí)現(xiàn)）； 5） 可重復(fù)進(jìn)行掃描，原位檢測(cè)測(cè)量結(jié)果； 6） 資料解釋可引用地震勘探中一些成熟的方法和軟件； 7） 設(shè)備輕便，操作簡(jiǎn)單、迅速，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)成像。 RAMAC/GPR是目前國(guó)際上最先進(jìn)的探地雷達(dá)系統(tǒng)之一，其主要技術(shù)參數(shù)如下： 1） 動(dòng)態(tài)范圍： 150dB 2） 脈沖重復(fù)頻率 100kHz 3） A/D轉(zhuǎn)換 16bits 4） 采樣數(shù) 128～4096可選 5） 實(shí)時(shí)疊加次數(shù) 1～32768 6） 采樣頻率 300～100,000MHz 7） 時(shí)間窗 20～3400ns 8） 掃描速度 150次/秒 9） 溫度范圍 -20℃～+50℃ 3.3.2技術(shù)保證措施 目前的地質(zhì)雷達(dá)利用的是近場(chǎng)球面電磁波，其天線的探測(cè)范圍是一個(gè)形似開口向下的圓錐體，接收信號(hào)是地下一定范圍內(nèi)物體的綜合反映，在施工過(guò)程中，一定要保證激發(fā)、接收天線相互平行。 3.3.3測(cè)線布置 本次采用天線頻率為50MHz的天線。沿巷道頂板布置兩條測(cè)線，每條測(cè)線測(cè)試兩次，偏移距0.25m，測(cè)點(diǎn)間距0.25m，測(cè)線布置簡(jiǎn)圖如下圖所示。 圖3-3 測(cè)線布置簡(jiǎn)圖 綠色線條是L1測(cè)線走向，紅色線條是L2測(cè)線走向，紅色‘十字’交叉點(diǎn)為雷達(dá)測(cè)試物理點(diǎn)，完成實(shí)際測(cè)點(diǎn)數(shù)78個(gè)，有效點(diǎn)76個(gè)，其中主巷測(cè)點(diǎn)14個(gè)（距現(xiàn)場(chǎng)記錄，11-14測(cè)點(diǎn)位于破碎帶附近），左支巷測(cè)點(diǎn)7個(gè)，右支巷測(cè)點(diǎn)17個(gè)。 測(cè)線布置原則：由于礦井下面電磁干擾源眾多，為了保證信號(hào)的穩(wěn)定性，每個(gè)點(diǎn)處偏移0.25m復(fù)測(cè)一次，同是為了達(dá)到對(duì)異常對(duì)比分析的目的，每條測(cè)線偏離異常處一定距離測(cè)試一組正常點(diǎn)。 3.4 資料處理及解釋 雷達(dá)圖像為了達(dá)到地質(zhì)解釋的目的，首先需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理主要是對(duì)雷達(dá)波形作處理，包括增強(qiáng)有效信息、抑制隨機(jī)噪聲、壓制非目標(biāo)體的雜亂回波、提高圖像的信噪比和分辨率等。其目的是壓制隨機(jī)的和規(guī)則的干擾，以盡可能高的分辨率在雷達(dá)圖像上顯示反射波，便于提取反射波的各種有用參數(shù)，以利于地質(zhì)解釋。常用的雷達(dá)數(shù)據(jù)處理手段有數(shù)字濾波、反濾波、偏移繞射處理和增強(qiáng)處理等。數(shù)字濾波利用電磁波的頻譜特征來(lái)壓制各種干擾波，如直達(dá)波和多次反射波等；反濾波則是將地下介質(zhì)理解為一系列的反射界面，由反射波特征求取各個(gè)界面的反射系數(shù)；偏移繞射處理，即反射波的層析成像技術(shù)，是將雷達(dá)記錄中的每個(gè)反射點(diǎn)偏移到其本來(lái)位置，從而真實(shí)反映地下介質(zhì)分布的情況；增強(qiáng)處理，有助于增強(qiáng)有效信號(hào)，盡可能清晰地反映地下介質(zhì)的分布情況。 圖像解釋的第一步是識(shí)別異常，然后進(jìn)行地質(zhì)解釋。由于地下介質(zhì)往往具有不同的物理特性，如介質(zhì)的介電性、導(dǎo)電性及導(dǎo)磁性差異，因而對(duì)電磁波具有不同的波阻抗，進(jìn)入地下的電磁波在穿過(guò)地下各地層或管線等目標(biāo)體時(shí)，由于界面兩側(cè)的波阻抗不同，電磁波在介質(zhì)的界面上會(huì)發(fā)生反射和折射，反射回地面的電磁波脈沖其傳播路徑、電磁波場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過(guò)介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化，因此，從接收到的雷達(dá)反射回波走時(shí)、幅度及波形資料，可以推斷地下介質(zhì)異常的埋深與類型。 從波形特征分析，地層下各種界面或埋設(shè)物的波形特征如下： 1、均勻介質(zhì)下的異常體，電磁波在傳播過(guò)程中發(fā)生繞射，波形特征為粗黑弧形，弧形頂端為異常的頂部位置，埋深（H）由旅行時(shí)（T）和電磁波在均勻介質(zhì)中的傳播速度（V）決定。旅行時(shí)（T）可以通過(guò)時(shí)間剖面直接讀取，電磁波在介質(zhì)中的傳播速度（V）恒定，如下是常見介質(zhì)中電磁波傳播速度。 表3-1 常見介質(zhì)電磁波傳播速度 介質(zhì)類型 雷達(dá)波速ν（m/ns） 衰減系數(shù)β（dB/m) 空氣 0.3 0 淡水 0.033 0.1 干砂 0.15 0.01 飽和砂 0.06 0.03-0.3 石灰?guī)r 0.12 0.4-1 泥巖 0.09 1-100 粉砂 0.07 1-100 粘土 0.06 1-300 花崗巖 0.13 0.01-1 巖鹽 0.13 0.01-1 金屬 0.017 108 2、混凝土中鋼筋的異常特征為，由于鋼筋對(duì)電磁波的反射強(qiáng)度大，波形表現(xiàn)為雙曲線特征，且能量較強(qiáng)。 3.5 本次探測(cè)成果 （1）L1測(cè)線 異常位置 L1測(cè)線分為兩個(gè)部分，名稱為L(zhǎng)1-1和L1-2，L1-1為主巷-左支巷，包含21個(gè)測(cè)點(diǎn)，L1-2為主巷-右支巷，包含31個(gè)測(cè)點(diǎn)。下面是L1測(cè)線分為兩方向L1-1和L1-2地質(zhì)雷達(dá)時(shí)間剖面圖。 異常位置 圖3-4 L1-1測(cè)線50MHZ非屏蔽天線雷達(dá)時(shí)間剖面圖 圖3-5 L1-2測(cè)線50MHZ非屏蔽天線雷達(dá)時(shí)間剖面圖 從時(shí)間剖面圖分析，該測(cè)線兩個(gè)方向時(shí)間剖面初至波清晰，淺部能量較強(qiáng)且均一，往深部能量迅速衰減，只能看到微弱反射波，分析原因是巷道頂板有工字鋼支護(hù)，且覆蓋一層金屬錨網(wǎng)，如上表1數(shù)據(jù)所示，電磁波在石灰?guī)r中的傳播速度是0.12m/ns，衰減系數(shù)0.4-1（dB/m)，在金屬中電磁波傳播速度0.017m/ns，但其衰減系數(shù)高達(dá)108（dB/m)，因此金屬體對(duì)電磁波具有較強(qiáng)的吸收作用，致使電磁波無(wú)法穿透較深巖層。從整個(gè)剖面看，本次探測(cè)剖面兩端有效波信號(hào)傳播較深，最大延伸時(shí)間約200ns，中部信號(hào)能量弱且沿線時(shí)間段。 從L1-1剖面看，11-19道信號(hào)100-150范圍內(nèi)發(fā)生繞射現(xiàn)象，局部出現(xiàn)了繞射弧，繞射弧頂點(diǎn)位于14道；從L1-2剖面看，同樣在11-19道100-150范圍內(nèi)發(fā)生繞射現(xiàn)象，繞射弧頂點(diǎn)位于14道；總體分析該測(cè)線的兩個(gè)方向，從異常的分布位置看具有較好的一致性，雷達(dá)信號(hào)繞射波屬同一異常造成。 依據(jù)雷達(dá)信號(hào)的解釋原則，異常平面位置位于11-19道之間，異常中心位置位于14道，異常深度H由如下公式計(jì)算： H=t*v 從兩剖面看，異常頂部旅行時(shí)相對(duì)讀數(shù)為105ns，由于儀器采集時(shí)設(shè)定了延時(shí)，從記錄看延時(shí)時(shí)間為40.5ns，時(shí)間剖面顯示的是雙程旅行時(shí)，所以計(jì)算深度時(shí)單程旅行時(shí)應(yīng)為：H=（105-40.5）/2=32.25ns，本次探測(cè)異常位于灰?guī)r中，傳播速度參考灰?guī)r中電磁波傳播速度0.12m/ns，而上部覆蓋有金屬體，金屬體中電磁波傳播速度0.017m/ns，根據(jù)介質(zhì)厚度關(guān)系本次對(duì)異常體深度計(jì)算時(shí)統(tǒng)計(jì)電磁波傳播速度暫定V=0.1m/ns。 綜上所述，異常深度H=0.1m/ns×32.25ns=3.325m。 （2）L2測(cè)線 異常位置 L2測(cè)線是在L1測(cè)線旁邊探測(cè)，目的首先是對(duì)L1測(cè)線進(jìn)行復(fù)測(cè)，其次是觀測(cè)異常的重現(xiàn)性。如下兩方向的處理成果。 異常位置 圖3-6 L2-1測(cè)線50MHZ非屏蔽天線雷達(dá)時(shí)間剖面圖 圖3-7 L2-2測(cè)線50MHZ非屏蔽天線雷達(dá)時(shí)間剖面圖 該測(cè)線解釋異常分布位置與L1測(cè)線基本相同，L2-2剖面異常表現(xiàn)特征沒(méi)L1-2明顯，但也有相對(duì)趨勢(shì)，異常深度沒(méi)變化。 4 鉆孔窺視儀探測(cè)研究 4.1 觀測(cè)方案及觀測(cè)儀器 4.1.1 觀測(cè)方案 頂部采用錨索機(jī)鉆孔，鉆孔直徑32mm，鉆孔設(shè)計(jì)深度10m，共施工3個(gè)鉆孔，鉆孔位置分別為頂板中部和左右兩拱肩。窺視孔布置如圖4-1、圖4-2所示。 為了保證窺視的深度和效果，現(xiàn)場(chǎng)將鉆孔位置選在圍巖較穩(wěn)定且未進(jìn)行注漿施工的區(qū)域；鉆孔施工完成后反復(fù)用水沖洗鉆孔，將巖粉排凈，防止巖粉擋住CCD探頭。 圖4-1 巷道窺視孔布置圖 圖4-2 巷道圍巖破裂分區(qū)測(cè)試測(cè)點(diǎn)布置平面圖 4.1.2 觀測(cè)儀器 （1）儀器簡(jiǎn)介 巖層鉆孔探測(cè)儀主要用來(lái)通過(guò)在巖層中鉆孔探測(cè)巖層的構(gòu)造，具體結(jié)構(gòu)見圖4-3；可用來(lái)探測(cè)、測(cè)量、記錄裂口、裂縫，也可用來(lái)發(fā)現(xiàn)填有鉆屑的裂縫。觀測(cè)的圖像記錄在錄像帶上；通過(guò)與計(jì)算機(jī)連接，其圖像可轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)格式的圖形文件并做進(jìn)一步處理；巖層鉆孔探測(cè)儀由CCD微型探頭、圖像轉(zhuǎn)換器、發(fā)光體、放大器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器、穩(wěn)壓電源、數(shù)碼錄像設(shè)備等組成；從CCD探頭到數(shù)碼錄像設(shè)備的信號(hào)通過(guò)電纜傳送；CCD探頭由不銹鋼支撐圓管逐節(jié)連接后插入鉆孔內(nèi)。 （2）儀器用途 可探測(cè)巷道圍巖松動(dòng)圈范圍及其變化情況；測(cè)試圍巖巖層在受力過(guò)程中位移變化量；探測(cè)煤層及其頂板巖層的巖性、厚度；探測(cè)巷道及采煤工作面頂板離層、破裂、破壞情況；探測(cè)斷層、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造。 （3）使用方法 在巖層中鉆出32mm的鉆孔，并用水沖盡孔內(nèi)巖石碎塊；將卷尺的一端由孔口用不銹鋼支撐圓管一直推到孔底，并且固定在孔底；將探測(cè)儀的CCD探頭、數(shù)碼錄像器通過(guò)電纜線連接在一起，將CCD探頭安裝在支撐圓管上；將CCD探頭送到鉆孔孔口后，開啟系統(tǒng)電源，打開錄像器開關(guān)。將CCD探頭用支撐管勻速推入鉆孔內(nèi)，直至孔底，探測(cè)結(jié)束。YZT--Ⅱ型巖層鉆孔探測(cè)儀結(jié)構(gòu)圖見圖4-3。  圖4-3 YZT--Ⅱ型巖層鉆孔探測(cè)儀總體結(jié)構(gòu)圖 4.2 觀測(cè)資料 4.2.1 鉆孔窺視記錄 在采用鉆孔窺視儀觀測(cè)圍巖內(nèi)部破壞情況時(shí)，采用前進(jìn)式，即一邊慢慢推進(jìn)攝像頭，一邊記錄圍巖的破壞情況，當(dāng)觀測(cè)到孔內(nèi)圍巖的破壞或裂隙時(shí)，記錄下圍巖破裂的深度和破壞程度，并且記錄下視頻此時(shí)的時(shí)間，這樣能夠?qū)鷰r破壞的深度、破壞程度和形式與記錄的視頻文件對(duì)應(yīng)起來(lái)。由于巷道淋水嚴(yán)重，圍巖破碎，肩角部位施工的窺視孔塌孔嚴(yán)重，無(wú)法進(jìn)行窺視，僅有三個(gè)頂板孔成孔較好，表1～表3為頂板鉆孔1#、2#、3#的孔內(nèi)觀測(cè)記錄。表4-1 鉆孔1#孔內(nèi)破壞觀測(cè)記錄 序號(hào) 時(shí)間/min:s 深度/m 圍巖破壞程度 1 00:01-00:05 0-0.2 非常破碎 2 00:06-00:27 0.5-0.65 中等破碎 3 00:28-00:40 0.7-1.0 輕度破碎 4 02:42-02:51 1.0-1.2 明顯裂縫 5 02:51-03:10 1.2-2 多段離層 6 03:10-03:28 2-2.5 輕度破碎 7 03:28-03:42 2.5-2.9 較完整 8 03:43 3.0 明顯裂縫 9 03:44-03:49 3.1-3.3 輕度破碎 10 03:51 3.5 泥化夾層 11 03:52-04:20 3.5-4.4 較完整 12 04:20-04:22 4.4-4.5 泥化夾層 13 04:22-04:46 4.5-4.8 較完整 14 04:46-05:18 4.8-5.7 輕度破碎 15 05:18-05:23 5.7-6.0 較完整 16 05:34-05:51 6.0-6.5 輕度破碎，徑向裂隙發(fā)育 17 05:51-06:58 6.5-7.6 較完整，軸向裂隙發(fā)育 18 06:58-09:28 7.6-8.4 中等破碎 19 09:28-09:41 8.4-8.6 較完整，軸向裂隙發(fā)育 20 09:42 8.6 明顯裂縫 21 09:42-10:01 8.6-9.0 完整 表4-2 鉆孔2#孔內(nèi)破壞觀測(cè)記錄 序號(hào) 時(shí)間/min:s 深度/m 圍巖破壞程度 1 00:00-01:22 0-1.3 泥化松散 2 01:22-02:48 1.3-2.7 漿液固結(jié)松散巖體 3 02:48-03:05 2.7- 泥化松散 表4-3 鉆孔3#孔內(nèi)破壞觀測(cè)記錄 序號(hào) 時(shí)間/min:s 深度/m 圍巖破壞程度 1 00:00-00:19 0-0.30 非常破碎 2 00:19-00:45 0.3-0.9 中等破碎 3 00:45-00:58 0.9-1.1 輕度破碎 4 00:58-01:07 1.1-1.5 裂隙發(fā)育 5 01:09-01:29 1.5-1.6 輕度破碎 6 01:29-01:42 1.6-2.0 裂隙發(fā)育 7 01:42-02:20 2.0-2.7 較完整 8 02:20-02:42 2.7-3.3 裂隙發(fā)育 9 03:14-03:41 3.3-3.6 較完整 10 03:41-04:17 3.6-4.1 輕度破碎 11 04:17-04:25 4.1-4.4 裂隙發(fā)育 12 04:25-05:01 4.4-4.9 徑向裂隙發(fā)育 13 05:01-05:18 4.9-5.3 較完整 14 05:18 5.3 明顯裂縫 15 05:37-05:50 5.3-5.7 輕度破碎 16 05:50 5.8 泥化松散 4.2.2 鉆孔窺視圖像 為進(jìn)一步明確說(shuō)明鉆孔窺視的觀測(cè)成果，對(duì)巖層內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成更加直觀的認(rèn)識(shí)，提取了部分孔內(nèi)視頻圖像，如圖4-4所示。 嚴(yán)重破碎 中等破碎 輕微破碎 松散 裂縫 完整圍巖 圖4-4 部分鉆孔窺視圖像 4.3 巷道圍巖窺視結(jié)果分析 鉆孔窺視儀主要用來(lái)通過(guò)在巖層中鉆孔探測(cè)巖層的構(gòu)造，可以用來(lái)探測(cè)、測(cè)量、記錄裂口、裂縫，也可用來(lái)發(fā)現(xiàn)有鉆屑的裂縫。其主要用途為探測(cè)巷道圍巖裂隙發(fā)育圈范圍及其變化情況；測(cè)試圍巖巖層在受力過(guò)程中位移變化量；探測(cè)煤層及其頂板巖層的巖性、厚度；探測(cè)巷道頂板離層、破裂、破壞情況；探測(cè)斷層、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造。 朱仙莊礦Ⅱ水平第二部皮帶機(jī)大巷待修復(fù)地段由于受到高壓滲流水、斷層破碎帶的影響，造成巷道圍巖泥化，導(dǎo)致巷道一定范圍內(nèi)的圍巖體喪失承載能力，因此，通過(guò)測(cè)定圍巖松散破碎圈的大小，可以為確定合理的承載環(huán)厚度提供依據(jù)，指導(dǎo)后續(xù)的注漿工作。現(xiàn)場(chǎng)共施工窺視測(cè)站3個(gè)，但是部分窺視孔由于孔內(nèi)巖石泥化破碎嚴(yán)重，鉆孔成孔極為困難，而且目前待修復(fù)段巷道幫頂淋水嚴(yán)重，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行正常窺視?，F(xiàn)場(chǎng)僅正頂3孔可進(jìn)行有效窺視，現(xiàn)對(duì)3孔實(shí)際窺視情況進(jìn)行分析。 1#孔位于交叉點(diǎn)南6m處，實(shí)際窺視深度9m，結(jié)合表1可以看出，巷道壁后2.5m范圍內(nèi)的圍巖破碎、破壞較為嚴(yán)重。2.5m~6m范圍內(nèi)圍巖較完整，但存在多段弱面夾層，部分泥化，6m~8.6m范圍內(nèi)圍巖軸向、徑向裂隙交錯(cuò)發(fā)育，局部段中等破碎，8.6m~9m范圍內(nèi)，圍巖較完整。 2#孔位于交叉點(diǎn)北12m處，實(shí)際窺視深度3m，由于該位置滲流水侵害嚴(yán)重，巷道圍巖泥化松散，為保障巷道安全修復(fù)，故該位置前期已進(jìn)行超前注化學(xué)漿液加固，注漿深度3m，結(jié)合表2可以看出，巷道壁后0~1.3m范圍內(nèi)，圍巖泥化松散，1.3m~2.7m范圍內(nèi)，可見漿液膠結(jié)松散巖體，2.7m以外又見圍巖呈泥化松散狀，堵塞鉆孔，無(wú)法進(jìn)行進(jìn)一步窺視。 3#孔位于交叉點(diǎn)北25m，實(shí)際窺視深度5.8m，結(jié)合表3可以看出，巷道壁后0~2m范圍內(nèi)的圍巖破碎、破壞較為嚴(yán)重。2m~5.3m范圍內(nèi)圍巖完整，但可見局部裂隙發(fā)育，5.3m~5.7m范圍內(nèi)圍巖巖性逐漸惡化，5.7m以外圍巖出現(xiàn)松散破碎泥化現(xiàn)象，堵塞鉆孔。 根據(jù)對(duì)朱仙莊礦Ⅱ水平第二部皮帶機(jī)大巷巷道圍巖窺視情況的分析，可以得出以下結(jié)論： 1）從監(jiān)測(cè)鉆孔內(nèi)最大破壞深度看，巷道圍巖最大破壞深度達(dá)到8.6m，隨著鉆孔深度增加，圍巖破壞情況呈現(xiàn)先趨向緩和，后逐漸惡化的特點(diǎn)。由于測(cè)站處于滲流水侵害較小地段，由此可以推測(cè)滲流水侵害較嚴(yán)重的交叉點(diǎn)位置，破壞深度將更大，而且具有泥化松散特征。 2）頂板淺部圍巖多表現(xiàn)為區(qū)域性的較為嚴(yán)重或非常嚴(yán)重的破壞，頂板深部圍巖多為層狀破壞，表現(xiàn)為多段離層和泥化夾層。 3）巷道幫部鉆孔成孔后淋水嚴(yán)重，無(wú)法進(jìn)行窺視，表明幫部圍巖裂隙已成為主要導(dǎo)水通道，受滲流水侵害嚴(yán)重，為支護(hù)關(guān)鍵部位。 4）距交叉點(diǎn)25m處為圍巖較穩(wěn)定地段，對(duì)此位置的3#頂板鉆孔進(jìn)行窺視，發(fā)現(xiàn)在巷道壁后5.8米處出現(xiàn)泥化松散帶，表明巷道疏水降壓后，滲流水經(jīng)裂隙通道導(dǎo)向別處，但圍巖破壞特征依然明顯，同時(shí)說(shuō)明滲流水對(duì)巷道侵害范圍很大。 5）從距交叉點(diǎn)12m處的2#頂板鉆孔的窺視情況看，所窺視的3m范圍內(nèi)均為泥化松散巖體，前期注化學(xué)漿加固后，漿液擴(kuò)散范圍有限，注漿效果不佳，無(wú)法保證注漿范圍內(nèi)的松散巖體有效膠結(jié)。 為了保證窺視的深度和效果，現(xiàn)場(chǎng)將鉆孔位置選在圍巖較穩(wěn)定區(qū)域，但圍巖破碎情況仍然非常嚴(yán)重，從窺視情況來(lái)看，滲流水依然是導(dǎo)致巷道失穩(wěn)的主要原因，造成圍巖浸透松散、破碎，削弱圍巖自身強(qiáng)度，前期巷道維護(hù)雖然旨在對(duì)巷道圍巖提供足夠的支護(hù)強(qiáng)度，但始終不能抵抗巷道高滲流水壓，造成巷道變形失穩(wěn)加劇，因此，疏水降壓成為巷道維控的關(guān)鍵所在。 4.4 支護(hù)建議 1）前期施工的放水孔，疏水效果明顯下降，目前僅有一個(gè)放水孔出水，導(dǎo)致幫頂淋水嚴(yán)重，對(duì)巷道圍巖結(jié)構(gòu)損傷加劇，后期應(yīng)增設(shè)疏水降壓孔。 2）管棚施工應(yīng)與注漿加固相結(jié)合，固結(jié)泥化松散圍巖，防止在修復(fù)期間發(fā)生頂板垮冒事故，保障施工安全。 3）在上述兩支護(hù)措施實(shí)施的基礎(chǔ)上對(duì)巷道進(jìn)行為期1～3個(gè)月的巷道表面位移及頂板、幫部離層觀測(cè)，根據(jù)礦壓觀測(cè)情況確定是否需要采取加強(qiáng)支護(hù)措施。 5 具體方案及參數(shù) 5.1 圍巖松散破碎圈的確定 朱仙莊礦Ⅱ水平第二部皮帶機(jī)大巷待修復(fù)地段由于受到高壓滲流水、斷層破碎帶的影響，造成巷道圍巖泥化，導(dǎo)致巷道一定范圍內(nèi)的圍巖體喪失承載能力，因此，通過(guò)測(cè)定圍巖松散破碎圈的大小，可以為確定合理的承載環(huán)厚度提供依據(jù)，指導(dǎo)后續(xù)的注漿工作。因此本課題組擬采用探地雷達(dá)探測(cè)與鉆孔窺視相結(jié)合的方法，通過(guò)在待修復(fù)巷段內(nèi)選取若干個(gè)具有代表性的斷面進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)所測(cè)得的多組圍巖參數(shù)，按照經(jīng)驗(yàn)或概率統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)確定松散破碎圈的大小。 5.2 區(qū)域性疏水降壓 地下水的治理設(shè)計(jì)到多方面的因素，特別考慮到二水平第二部皮帶機(jī)巷下方二灰?guī)r和三灰?guī)r水具有強(qiáng)壓，量少，有補(bǔ)給源的特點(diǎn)，建議先引導(dǎo)水，通過(guò)在底板合理布置導(dǎo)水孔，是區(qū)域內(nèi)的水壓降至“安全水頭”以下，為了避免后期巷道修復(fù)過(guò)程中灰?guī)r水對(duì)巷道圍巖的侵蝕弱化作用，防止幫頂部圍巖泥化崩解，引起頂板垮冒，造成安全事故，因此在前期底板疏水降壓的基礎(chǔ)上，待深淺孔注漿完成后，在頂幫預(yù)留泄水孔，避免強(qiáng)壓水對(duì)巷道圍巖的擾動(dòng)破壞。 按照當(dāng)前礦上的治理措施進(jìn)行治理，重點(diǎn)把前底鼓分段下方的強(qiáng)壓水進(jìn)行引導(dǎo)出該區(qū)域，降低該地區(qū)水壓，為巷道支護(hù)提供初步基礎(chǔ)。疏水降壓孔布置參數(shù)如下： 1）兩孔開孔位置均在距離牛鼻子6m處（見圖4-3），12-放1孔開孔位置在巷道遠(yuǎn)離水溝的一幫；12-放2孔開孔位置在靠近水溝一幫。 2）開孔直徑Φ150mm，0～5m下Φ146mm孔口護(hù)壁管；0～15m用Φ133mm鉆頭掃孔，下Φ127mm止水套管，采用管內(nèi)注漿，管外返漿固管；孔深15m以下孔徑為Φ108mm，全孔下Φ91mm的花管。 3）注漿固管48小時(shí)后掃孔，掃孔至套管下0.5m左右后，做孔口管耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力不小于8Mpa，穩(wěn)定時(shí)間不少于10分鐘，孔口周圍無(wú)出水冒漿現(xiàn)象，套管不松動(dòng)方可繼續(xù)鉆進(jìn)，否則必須重新注漿。 表5-1 鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表 孔號(hào) 位置 方位 俯角 終孔 12-放1 距牛鼻子6m處（見圖） 238°（垂直巷幫） -58° 41m 12-放2 距牛鼻子6m處（見圖） 58°（垂直巷幫） -70° 55m 圖5-1 F19斷層破碎帶疏水降壓孔平面布置圖 圖5-2 F19斷層破碎帶疏水降壓孔剖面圖 5.3 安全擴(kuò)刷與承載環(huán)的構(gòu)建 在底板水得到有效治理之后，對(duì)巷道進(jìn)行修復(fù)才能真正控制巷道的變形失穩(wěn)，考慮到巷道經(jīng)過(guò)斷層帶，加上多次擾動(dòng)損傷，裂隙較為發(fā)育，直接進(jìn)行錨桿、錨索支護(hù)很困難也存在非常大的安全隱患，因此，提出大致的治理思路。 1）為保證擴(kuò)刷施工的安全，通過(guò)短距離掩護(hù)注漿固結(jié)淺部圍巖體并及時(shí)架設(shè)架重型36U型鋼棚，初步控制圍巖進(jìn)一步變形失穩(wěn)，考慮到二水平第二部皮帶機(jī)巷的復(fù)雜條件，初步設(shè)計(jì)棚距為400mm。 2）初噴壁厚充實(shí)，一方面提高圍巖與金屬棚的密實(shí)程度，減少不均勻力的產(chǎn)生，提高架棚支護(hù)的可靠性和有效性，另一方面是封閉圍巖，為下一步注漿封堵圍巖體做準(zhǔn)備。 3）幫頂注漿固結(jié)，在淺部圍巖用快硬硫鋁酸鹽水泥（也可采用水泥水玻璃雙液漿）或化學(xué)漿液注漿控頂，目的在于封堵大型裂隙和淺層破碎圍巖體加固，形成具有一定承強(qiáng)度的承載環(huán)。深孔采用化學(xué)漿液注漿封閉圍巖裂隙，阻斷滲流水通道，在深部形成封閉阻水圈。 5.3.1 短距離掩護(hù)注漿 由于圍巖十分破碎，為保障巷道施工安全，根據(jù)頂板穩(wěn)定性以及淋水等情況如有必要?jiǎng)t采取短距離循環(huán)掩護(hù)注化學(xué)漿，在化學(xué)漿固結(jié)淺部圍巖的掩護(hù)下進(jìn)行巷道施工。 注漿孔布置：在迎頭頂板施工鉆孔，鉆孔傾角60°，鉆孔間距為1.2m，共計(jì)5個(gè)鉆孔。超前水平控制范圍為3m，注漿后巷道掘進(jìn)進(jìn)尺2m，開始下一個(gè)循環(huán)。 注漿錨桿：由于圍巖泥化，鉆孔后成孔困難，建議使用自進(jìn)式中空注漿錨桿，公稱直徑32mm，壁厚6mm。 注漿材料：注漿材料采用馬麗散； 注漿壓力：8.0~10MPa。 注漿工藝：為提高注漿效果，減少竄漿現(xiàn)象，施工一個(gè)鉆孔、注一個(gè)孔。 圖5-3 短距離掩護(hù)注漿鉆孔布置平面圖及剖面圖  5.3.2 打地坪底拱重型U型棚 應(yīng)該在水的問(wèn)題解決后，繼續(xù)在巷道幫部和底板部位注一定量的馬麗散進(jìn)行加強(qiáng)堵水，大巷U型棚設(shè)計(jì)為馬蹄形，共5節(jié)，U型棚選用材質(zhì)為16MnK或20MnK的36U。棚距400mm，U型棚節(jié)與節(jié)之間搭接長(zhǎng)度500mm，每處搭接位置采用限位卡纜固定，卡纜扭矩不小于300N?m。采用鋼筋網(wǎng)配合鐵背板腰幫過(guò)頂，鋼筋網(wǎng)采用礦方設(shè)計(jì)的電弧焊冷拔鋼筋網(wǎng)背板。每棚搭接處采一個(gè)鐵棚撐(底拱處除外)，鐵棚撐放在中間一個(gè)卡纜處，鐵棚撐采用寬100mm、厚10mm的鋼板加工，也可用廢舊U型棚加工。 底拱鎖幫、底錨桿：每棚采用4對(duì)4根Φ24×3000mm錨桿配合鎖腿卡纜對(duì)U型棚的底拱進(jìn)行鎖腿施工。底拱鎖腿錨桿向下帶扎角45°，采用兩節(jié)Z2550錨固樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固，底拱鎖腿錨桿距底腳搭接點(diǎn)500mm，安裝時(shí)對(duì)準(zhǔn)鎖腿卡纜中的預(yù)留的孔眼進(jìn)行施工。安裝完成后及時(shí)噴漿封底（噴厚150mm），以防止水對(duì)底的侵蝕，加強(qiáng)對(duì)巷道底鼓控制，尤其加強(qiáng)底拱角處充(噴)實(shí)處理。腰幫背頂采用鋼笆網(wǎng)，交叉密排，并要求橫平豎直。支架頂部及兩幫、肩窩應(yīng)背緊、背嚴(yán)、背牢，及時(shí)進(jìn)行壁后充填密實(shí)，不得出現(xiàn)空幫空頂現(xiàn)象。 5.3.3 初噴壁后充實(shí) 架棚完畢后，初噴混凝土，一定要將U型鋼壁后噴射均勻和充填密實(shí)。 初噴混凝土封閉圍巖，防止圍巖風(fēng)化潮解，混凝土配比，水泥:黃沙:石子=1:2:2。噴層厚度150mm，確保將U型棚完全封閉，并保證U型棚后有不少于設(shè)計(jì)噴厚90%的混凝土墊層。 5.3.4 幫頂淺孔注漿 注漿材料采用硫鋁酸鹽水泥（也可采用水泥水玻璃雙液漿），進(jìn)行封堵大型裂隙和淺層破碎圍巖體加固。按設(shè)計(jì)要求，將漿液注入到巷道輪廓以外的松散的巖體內(nèi)，使松散的巖體粘結(jié)，形成一個(gè)注漿硬殼帷幕，并根據(jù)需要控制粘結(jié)高度。 滯后迎頭10m范圍內(nèi)，采用自進(jìn)式中空注漿錨桿，長(zhǎng)度3m，公稱直徑32mm，壁厚6mm。排距1.6m。要求施工一個(gè)孔、注一個(gè)孔。注漿孔具體布置參數(shù)如圖5-4所示。注漿壓力一般不超過(guò)3.0MPa。注漿采用采用525#快硬硫鋁酸鹽水泥，水灰比0.85~1.0。性能特點(diǎn)： 1）早強(qiáng)、高強(qiáng)：除具有傳統(tǒng)硅酸鹽水泥的優(yōu)良性能外，還具有水化硬化快，早期強(qiáng)度高，硬化時(shí)體積收縮小或不收縮等優(yōu)良的建筑性能強(qiáng)度：1天達(dá)到5.0MPa，3天達(dá)到12.0MPa，7天達(dá)到20MPa，28天達(dá)到40MPa，隨養(yǎng)護(hù)齡期增長(zhǎng)強(qiáng)度進(jìn)一步提高。2）高抗?jié)B性：水泥石結(jié)構(gòu)致密，混凝土抗?jié)B性能是同標(biāo)號(hào)硅酸鹽水泥的2~3倍。3）抗碳化性能好，干縮率低。  圖5-4 淺孔注漿布置圖 5.3.5 幫頂深孔注漿 在淺孔注漿完成后即實(shí)施深孔注漿，初步確定注漿管長(zhǎng)度8.0m，孔深10.0m，每斷面5孔，排距1.6m，封孔深度為1.0~2.0m；注漿壓力8.0~10MPa。注漿材料采用馬麗散。具體深孔注漿加固范圍需結(jié)合前期圍巖松散破碎范圍測(cè)定結(jié)果合理確定，注漿管具體布置參數(shù)如圖5-5所示。 圖5-5 深孔注漿布置圖 5.4 補(bǔ)強(qiáng)加固及長(zhǎng)期維控 通過(guò)注漿完成對(duì)巷道圍巖的改性工作，在圍巖淺層形成承載環(huán)并在深部形成阻水封閉圈的基礎(chǔ)上，進(jìn)行錨網(wǎng)索補(bǔ)強(qiáng)化支護(hù)，考慮到強(qiáng)壓水對(duì)巷道的一幫破壞較為嚴(yán)重，建議在該幫部建立橫向錨索桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，將力傳遞到穩(wěn)定圍巖區(qū)域，具體是否需要采用根據(jù)后期監(jiān)測(cè)決定。 5.4.1 頂部錨桿、關(guān)鍵部位錨索支護(hù) 在淺孔充填注漿結(jié)束后一個(gè)圓班必須采用Φ24×3000mm錨桿對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。錨桿間距為700mm，排距800mm；在巷道頂區(qū)每?jī)膳排锞?800mm)布置3套Φ21.8×8000mm頂部錨索（錨索與錨桿錯(cuò)開布置），錨索間距2000mm，安裝錨索時(shí)頂錨索每孔使用一卷K2550和三卷Z2550型樹脂藥卷，頂部錨桿預(yù)緊力要求不小于100kN，錨固力不小于200kN；錨桿托盤規(guī)格200×200mm，厚度10mm。金屬網(wǎng)采用GB13788Φ6mm冷軋帶肋鋼筋電弧焊接，規(guī)格1.7×0.9m，網(wǎng)格100×100mm，金屬網(wǎng)用托盤壓實(shí)，其余無(wú)托盤處間隔200mm用10＃鐵絲鏈牢，提高錨桿整體作用效果。 5.4.2 幫部錨桿及錨索強(qiáng)化支護(hù) 由于巷道幫部受到強(qiáng)大水平應(yīng)力的影響，需要進(jìn)行幫部錨桿支護(hù)及幫部錨索加強(qiáng)支護(hù)方案。幫部錨桿間距為700mm，排距800mm，具體的布置見圖5-6。 在巷道幫部布置2套Φ21.8×8000mm幫部錨索，錨索間距2000mm，安裝幫錨索使用一卷K2550和兩卷Z2550型樹脂藥卷，預(yù)緊力140kN?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)圍巖破碎，必須對(duì)U型棚進(jìn)行鎖腿加強(qiáng)支護(hù)，在復(fù)噴與深孔注漿前完成。每一架U型棚在1m腰線向下500mm位置進(jìn)行鎖腿（鎖腿錨桿與幫部支護(hù)錨桿二合一），具體方式如下圖所示，在1m腰線向下500mm位置進(jìn)行鎖腿，且每?jī)蓚€(gè)鎖腿卡纜共用一個(gè)眼，即在中間位置進(jìn)行搭接。鎖腿采用Φ24×3000mm錨桿，錨固方式與上相同。 圖5-6 第二部皮帶機(jī)大巷底拱鎖腿U型棚支護(hù)斷面示意圖 5.4.3 底板打地坪與錨桿、錨索注漿方案 在巷道底板打中間1000mm的混凝土底拱，然后布置3套Φ21.8×8000mm底板注漿錨索，錨索間距2000mm，注漿后預(yù)緊力應(yīng)達(dá)到140kN。并且間隔布置Φ24×2600mm注漿高強(qiáng)度錨桿，具體布置方式見圖5-6。 5.4.4 復(fù)噴混凝土 錨桿索及鎖腿加強(qiáng)支護(hù)安裝結(jié)束后再進(jìn)行一次薄噴(厚度50mm)，防止錨桿、錨索暴露空氣中銹蝕，并為深孔強(qiáng)化注漿做準(zhǔn)備。 5.4.5 安裝高精度的儀器開展礦壓觀測(cè) 觀測(cè)巷道變形情況，支架受力破壞情況，頂、底板移進(jìn)量，兩幫移進(jìn)量。采用“十字”布點(diǎn)法監(jiān)測(cè)。 施工單位要對(duì)巷道所設(shè)測(cè)站進(jìn)行觀測(cè)并認(rèn)真作好記錄，每周定期將觀測(cè)數(shù)據(jù)送交礦生產(chǎn)技術(shù)科錨拉組。觀測(cè)要求：觀測(cè)點(diǎn)布置好后的5天內(nèi)，每天記錄一次巷道圍巖位移情況；支護(hù)10～60天，每周記錄一次巷道圍巖位移情況；支護(hù)2月以上，每月記錄一次巷道圍巖位移情況。詳細(xì)記錄圍巖情況，特殊地點(diǎn)要作專門說(shuō)明。 根據(jù)觀測(cè)資料，確定是否補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，發(fā)現(xiàn)巷道圍巖變化較大時(shí)，必須采取補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，可采取錨索梁或套棚補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。 6 主要結(jié)論 1）對(duì)于高滲透壓松散斷層破碎帶大斷面已失穩(wěn)巷道復(fù)修強(qiáng)化控制技術(shù)難題，巷道失穩(wěn)變形本質(zhì)上是圍巖滲流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、損傷場(chǎng)三者相互耦合的結(jié)果，對(duì)該類巷道進(jìn)行修復(fù)也應(yīng)該考慮三者的綜合治理。 2）采用探地雷達(dá)探測(cè)與鉆孔窺視相結(jié)合的方法，通過(guò)在待修復(fù)巷段內(nèi)選取若干個(gè)具有代表性的斷面進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)所測(cè)得的多組圍巖參數(shù)，按照經(jīng)驗(yàn)或概率統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)確定松散破碎圈的大小，現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)良好。 3）重型U型鋼支護(hù)結(jié)合錨桿、錨索注漿支護(hù)技術(shù)相結(jié)合，可以有效的控制圍巖變形，但是高滲透水的治理是所有方案實(shí)施的必要條件，后期精密儀器的時(shí)時(shí)檢測(cè)反饋也十分重要。 參考文獻(xiàn) [1] 何滿潮，袁和生，靖洪文，等著．中國(guó)煤礦錨桿支護(hù)理論與實(shí)踐[M]．北京：科學(xué)出版社，2004． [2] 侯朝炯，勾攀峰．巷道錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化機(jī)理研究[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2000，19(3):342-345． [3] 張農(nóng)，高明仕．煤巷高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)與應(yīng)用[J]．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，33(5):524-527． [4] 陳慶敏，郭頌，金太．錨桿支護(hù)的“剛性”梁理論及其應(yīng)用[J]．礦山壓力與頂板管理．2000，17(1):1-4． [5] 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