山西坑道加固施工綜合技術(shù)方案一、工程概況本工程位于山西省晉西黃土高原與太原西山礦區(qū)過渡帶，為某煤礦井下運(yùn)輸巷道加固工程，設(shè)計加固長度1200米，巷道斷面規(guī)格為4.5m×3.8m（寬×高）的直墻半圓拱結(jié)構(gòu)。工程區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，穿越2條斷層破碎帶（F1、F2）及3處沿空小煤柱區(qū)段，最大埋深680米，屬于高應(yīng)力軟巖巷道。根據(jù)前期地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)，巷道圍巖以砂質(zhì)泥巖為主，局部夾雜炭質(zhì)頁巖，巖體完整性系數(shù)Kv=0.35-0.55，單軸抗壓強(qiáng)度8-15MPa，存在明顯的底鼓、片幫及頂板離層現(xiàn)象，最大收斂量達(dá)180mm/月。工程采用"超前支護(hù)+主動加固+被動防護(hù)"的復(fù)合加固體系，設(shè)計服務(wù)年限15年，需滿足礦井正常通風(fēng)、運(yùn)輸及行人安全要求。施工周期為180天，分三個作業(yè)段平行施工，日均進(jìn)尺不低于8米。二、地質(zhì)條件分析（一）區(qū)域地質(zhì)特征工程區(qū)地處呂梁山脈東麓，屬于典型的黃土覆蓋型煤系地層，地質(zhì)構(gòu)造單元劃分屬鄂爾多斯盆地東緣斷褶帶。根據(jù)鉆孔資料揭示，巷道穿越地層自下而上依次為：二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）：厚85-110m，主要由灰色砂巖、砂質(zhì)泥巖及煤層組成，為本工程主要巖性段石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）：厚120-150m，以灰?guī)r、泥巖互層為主，含3-5層可采煤層第四系松散覆蓋層（Q）：厚0-35m，主要為黃土狀粉土，具濕陷性（二）不良地質(zhì)段特征斷層破碎帶（F1）：走向NE35°，傾向NW，傾角65°-75°，落差1.8-3.2m，影響帶寬8-15m，巖體破碎呈碎石狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，富水性中等，易發(fā)生突水突泥沿空小煤柱區(qū)段：寬度3-5m，煤柱完整性差，存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，實(shí)測垂直應(yīng)力達(dá)28-35MPa，巷道變形速率達(dá)30-50mm/月頂板淋水區(qū)：分布于K2灰?guī)r含水層段，涌水量25-40m3/h，水溫18-22℃，水質(zhì)偏酸性（pH=6.2-6.8），對金屬支護(hù)有弱腐蝕性（三）地應(yīng)力場分布采用應(yīng)力解除法實(shí)測結(jié)果顯示，工程區(qū)最大水平主應(yīng)力22-28MPa，垂直應(yīng)力18-25MPa，應(yīng)力比值1.2-1.4，屬于典型的構(gòu)造應(yīng)力主導(dǎo)型地應(yīng)力場，巷道易發(fā)生剪切破壞。三、加固材料選擇（一）主動加固材料高強(qiáng)錨桿：采用Φ22×2500mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，材質(zhì)為HRB500E，屈服強(qiáng)度≥500MPa，延伸率≥16%，配套使用K2350型樹脂錨固劑，錨固力≥200kN錨索：選用1×19股結(jié)構(gòu)鋼絞線，直徑17.8mm，長度6.3m，破斷拉力≥300kN，采用多孔位鎖具，預(yù)緊力控制在120-150kN注漿材料：水泥基注漿材料：P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，摻入3%的UEA膨脹劑和0.8%的萘系減水劑，水灰比1:1-1:1.2化學(xué)注漿材料：采用環(huán)氧樹脂類漿液，粘度15-25mPa·s，凝膠時間可調(diào)控（30-120min），抗壓強(qiáng)度≥60MPa（二）被動防護(hù)材料鋼筋網(wǎng)：Φ6.5mm盤圓鋼筋焊接網(wǎng)，網(wǎng)格規(guī)格100×100mm，焊點(diǎn)抗拉力≥300N，采用雙層布置（內(nèi)層普通網(wǎng)+外層加強(qiáng)網(wǎng)）噴射混凝土：C25噴射混凝土，配比為水泥:砂:石子=1:2:2.5，摻加5%速凝劑和0.6%聚丙烯纖維（長度12mm），設(shè)計厚度150mm，28天抗壓強(qiáng)度≥25MPa鋼塑復(fù)合網(wǎng)：選用雙向拉伸聚乙烯土工格柵，縱橫向拉伸強(qiáng)度≥80kN/m，延伸率≤3%，網(wǎng)格尺寸40×40mm，用于底鼓防治（三）輔助材料排水盲管：Φ50mm打孔波紋管，外包土工布，環(huán)剛度≥4kN/m2，用于圍巖排水錨固劑：樹脂錨固劑（超快型、快速型、中速型）配套使用，確保錨固效果金屬支架：11#礦工鋼梯形支架，棚距0.8m，用于斷層破碎帶加強(qiáng)支護(hù)四、施工工藝（一）超前支護(hù)施工管棚支護(hù)：在斷層破碎帶超前5m施打Φ108×6mm無縫鋼管，環(huán)向間距300mm，外插角3°-5°管棚長度9m，每節(jié)長3m，絲扣連接，管身鉆Φ10mm注漿孔，梅花形布置采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，跟進(jìn)頂進(jìn)，完成后進(jìn)行注漿加固超前小導(dǎo)管：Φ42×4mm無縫鋼管，長度3.5m，環(huán)向間距400mm，外插角10°-15°前端制成錐形，管身鉆Φ8mm注漿孔，尾部留1.0m止?jié){段采用風(fēng)動鑿巖機(jī)打設(shè)，注漿壓力控制在1.5-2.5MPa（二）錨桿支護(hù)施工施工流程：測量放線→鉆孔（Φ28mm鉆頭，孔深2550mm）→清孔→安裝樹脂藥卷→插入錨桿→攪拌藥卷（攪拌時間20-30s）→安裝托板、螺母→預(yù)緊（扭矩≥300N·m）布置參數(shù)：頂板：間排距800×800mm，梅花形布置，每排5根幫部：間排距900×800mm，矩形布置，每幫3根錨桿角度：頂板垂直巖面，幫部向上15°（三）注漿加固施工分段注漿工藝：按"先外后內(nèi)、先下后上、跳孔施工"原則進(jìn)行注漿段長5m，止?jié){巖盤厚度≥2m采用孔口封閉、分段前進(jìn)式注漿方法參數(shù)控制：注漿壓力：初壓1.0-1.5MPa，終壓2.5-3.0MPa注漿量：斷層帶30-40m3/10m，正常段15-20m3/10m擴(kuò)散半徑：設(shè)計1.5-2.0m，通過現(xiàn)場試驗(yàn)調(diào)整（四）噴射混凝土施工施工準(zhǔn)備：清理巖面，去除浮矸，沖洗干凈鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，搭接長度≥100mm，用扎絲綁扎牢固設(shè)置厚度標(biāo)志，間距2-3m噴射作業(yè)：采用潮噴工藝，風(fēng)壓0.4-0.6MPa，水壓比風(fēng)壓高0.1MPa噴射順序：先墻后拱，自下而上，螺旋式推進(jìn)分層噴射：第一層厚度50-70mm，第二層80-100mm，間隔時間≥2h養(yǎng)護(hù)：噴射完成后2h開始灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期≥7d（五）底鼓防治施工底板錨桿：Φ20×2000mm玻璃鋼錨桿，間排距800×800mm，仰角45°鋼塑復(fù)合網(wǎng)：滿鋪于底板，搭接寬度≥200mm，采用U型釘固定混凝土澆筑：C30混凝土，厚度300mm，內(nèi)配Φ12@200雙向鋼筋網(wǎng)五、施工組織設(shè)計（一）施工隊伍配置掘進(jìn)作業(yè)隊：3個班組，每組12人，負(fù)責(zé)鉆爆、出矸作業(yè)支護(hù)作業(yè)隊：3個班組，每組15人，負(fù)責(zé)錨桿、錨索、噴砼施工注漿作業(yè)隊：2個班組，每組10人，負(fù)責(zé)超前支護(hù)及注漿作業(yè)機(jī)電保障隊：1個班組，15人，負(fù)責(zé)設(shè)備維修保養(yǎng)（二）主要施工設(shè)備設(shè)備名稱型號規(guī)格數(shù)量功率用途鑿巖臺車CMJ2-173臺37kW錨桿鉆孔注漿泵ZBYSB50/1202臺45kW注漿作業(yè)混凝土噴射機(jī)PZ-5B3臺7.5kW噴砼施工地質(zhì)鉆機(jī)XY-2PC2臺22kW管棚施工裝載機(jī)ZL50CN2臺162kW出矸運(yùn)輸通風(fēng)機(jī)FBDNo6.32臺2×15kW井下通風(fēng)（三）施工進(jìn)度計劃準(zhǔn)備階段（15天）：施工方案審批、設(shè)備進(jìn)場、材料采購、技術(shù)交底超前支護(hù)（30天）：管棚及小導(dǎo)管施工，日進(jìn)度40m主體加固（120天）：分三個作業(yè)面平行施工，日均進(jìn)尺8m收尾驗(yàn)收（15天）：質(zhì)量檢測、缺陷修復(fù)、竣工驗(yàn)收（四）材料供應(yīng)計劃鋼材：錨桿、錨索、鋼筋等提前15天進(jìn)場，按設(shè)計用量的1.2倍儲備水泥：P.O42.5R水泥，分批進(jìn)場，每批檢驗(yàn)合格后方可使用砂石料：就近選擇合格料場，確保級配符合設(shè)計要求外加劑：樹脂錨固劑、速凝劑等需有出廠合格證，保質(zhì)期內(nèi)使用六、質(zhì)量控制措施（一）原材料質(zhì)量控制建立材料進(jìn)場檢驗(yàn)制度，每批材料需提供出廠合格證及檢驗(yàn)報告錨桿、錨索按每300根為一批次進(jìn)行力學(xué)性能抽樣檢驗(yàn)水泥、砂石料等按規(guī)定進(jìn)行常規(guī)性能檢測，不合格材料嚴(yán)禁使用注漿材料需進(jìn)行配比試驗(yàn)，確定最佳配合比（二）施工過程控制錨桿施工質(zhì)量：鉆孔深度允許偏差±50mm，角度偏差≤5°錨固力抽檢頻率為3%，最低值不小于設(shè)計值的90%螺母扭矩采用扭矩扳手檢測，合格率≥95%注漿質(zhì)量控制：注漿壓力采用雙控指標(biāo)（壓力+注漿量）每10m施工段留置3組注漿結(jié)石體試塊，測定28d抗壓強(qiáng)度采用聲波檢測儀進(jìn)行注漿效果檢測，巖體波速提高率≥30%噴射混凝土質(zhì)量：厚度采用鉆孔法檢測，每100m2檢測1點(diǎn)，合格率≥90%強(qiáng)度檢測采用回彈法與鉆芯法結(jié)合，回彈值換算強(qiáng)度≥設(shè)計值的95%（三）質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)分項工程驗(yàn)收：錨桿支護(hù)：優(yōu)良率≥90%，合格率100%噴射混凝土：表面平整度≤50mm/2m，厚度偏差-50mm~+100mm注漿工程：結(jié)石體強(qiáng)度≥設(shè)計值，滲透系數(shù)≤1×10??cm/s竣工驗(yàn)收指標(biāo)：巷道凈斷面尺寸：允許偏差+150mm~-50mm支護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性：頂?shù)装逡平俊?00mm/月，兩幫移近量≤80mm/月表面平整度：≤50mm/2m七、安全技術(shù)措施（一）頂板管理措施采用敲幫問頂制度，作業(yè)前清除危巖活矸臨時支護(hù)采用前探梁，長度4.0m，間距0.8m空頂距離嚴(yán)格控制在1.2m以內(nèi)，超過規(guī)定立即停止作業(yè)安裝頂板離層儀，監(jiān)測頻率1次/天，預(yù)警值設(shè)為50mm（二）防突水措施超前鉆探：采用Φ75mm鉆孔，超前距≥5m，驗(yàn)證斷層位置及富水性排水系統(tǒng)：配備2臺Φ150mm水泵（1用1備），排水能力≥100m3/h防水閘門：在距斷層帶50m處設(shè)置防水閘門，承壓能力≥1.5MPa突水預(yù)警：安裝水位傳感器，實(shí)時監(jiān)測涌水量變化（三）瓦斯防治措施通風(fēng)管理：采用壓入式通風(fēng)，風(fēng)量≥250m3/min，風(fēng)速控制在0.25-4m/s瓦斯監(jiān)測：布置3個監(jiān)測點(diǎn)，報警濃度≥0.8%，斷電濃度≥1.0%爆破管理：采用毫秒延期電雷管，總延期時間≤130ms，嚴(yán)禁使用不合格爆破器材自救系統(tǒng)：配備壓風(fēng)自救裝置，每人供風(fēng)量≥0.3m3/min（四）機(jī)電安全措施設(shè)備防護(hù)：所有電氣設(shè)備設(shè)置接地保護(hù)，接地電阻≤2Ω電纜管理：采用阻燃電纜，懸掛高度≥1.8m，間距≤1.0m照明系統(tǒng)：采用127V防爆燈具，間距≤10m消防設(shè)施：每50m設(shè)置消防管路閥門，配備2臺8kg干粉滅火器八、監(jiān)測監(jiān)控方案（一）監(jiān)測內(nèi)容與方法圍巖變形監(jiān)測：采用十字布點(diǎn)法布置測站，間距50m頂?shù)装逡平浚菏褂脺y桿，精度±1mm兩幫移近量：使用收斂計，精度±0.1mm監(jiān)測頻率：施工期1次/天，穩(wěn)定后1次/周應(yīng)力監(jiān)測：錨桿應(yīng)力：安裝錨桿測力計，量程0-300kN，精度1%FS錨索應(yīng)力：采用振弦式錨索測力計，頻率分辨率±0.1Hz圍巖應(yīng)力：在斷層帶布置應(yīng)力傳感器，量程0-50MPa滲流監(jiān)測：涌水量：采用容積法+流速儀法聯(lián)合測量水位監(jiān)測：設(shè)置水位觀測孔，采用投入式液位計（二）數(shù)據(jù)處理與預(yù)警建立監(jiān)測數(shù)據(jù)臺賬，采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，繪制時間-位移曲線預(yù)警指標(biāo)：一級預(yù)警：日變形量≥10mm或累計變形量≥100mm二級預(yù)警：日變形量≥5mm且<10mm三級預(yù)警：日變形量<5mm預(yù)警響應(yīng)：一級預(yù)警：立即停止作業(yè)，撤離人員，分析原因并采取加固措施二級預(yù)警：加密監(jiān)測頻率至2次/天，加強(qiáng)支護(hù)措施三級預(yù)警：正常監(jiān)測，持續(xù)觀察九、應(yīng)急預(yù)案（一）突水事故應(yīng)急處置立即啟動一級響應(yīng)，切斷電源，組織人員沿安全通道撤離啟用備用排水系統(tǒng)，控制涌水量采用速凝混凝土構(gòu)筑擋水墻，控制水勢蔓延與地面調(diào)度室保持通訊暢通，必要時啟動地面注漿系統(tǒng)（二）塌方事故應(yīng)急處置立即停止作業(yè)，設(shè)置警戒區(qū)，禁止無關(guān)人員進(jìn)入采用聲波探測儀判斷塌方范圍，制定救援方案小范圍塌方：采用管棚+注漿加固后進(jìn)行清理大范圍塌方：先加固周邊圍巖，再采用臺階法逐步清理（三）瓦斯超限應(yīng)急處置立即切斷工作面前20m范圍內(nèi)電源，撤離人員至新鮮風(fēng)流處加大通風(fēng)量，控制瓦斯?jié)舛冉抵?.5%以下查找瓦斯來源，采取封堵或抽采措施經(jīng)檢測確認(rèn)安全后方可恢復(fù)作業(yè)十、工程驗(yàn)收（一）驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)主控項目：錨桿錨固力：≥200kN，合格率100%噴射混凝土強(qiáng)度：≥25MPa，合格率100%巷道凈斷面：符合設(shè)計要求，允許偏差+150mm~-50mm一般項目：錨桿安裝角度：偏差≤5°，合格率≥90%噴射混凝土厚度：平均厚度≥設(shè)計值，最小厚度≥設(shè)計值的80%表面平整度：≤50mm/2m（二）驗(yàn)收程序施工單位自檢：對照設(shè)計圖紙進(jìn)行全斷面檢查，提交自檢報告監(jiān)理驗(yàn)收：對自檢合格項目進(jìn)行抽檢，抽檢比例≥30%第三方