辛置煤礦軟弱巖層巷道綜合修復治理技術

劉修文

(霍州煤電集團有限責任公司辛置煤礦，山西 霍州 031400)

馬頭門巷道是辛置煤礦開拓巷道中的特殊地段，也是煤礦生產的“咽喉”地段。辛置煤礦上跑蹄進風井井底連接處位于井下約400 m，巷道穿過的巖層性質為煤線和泥巖，為典型的軟弱巖層。國內外針對此類巷道的研究和實踐表明，采用單一的支護方式治理修復此類巷道的效果不明顯，該礦制定了有效的治理措施，取得了良好的應用效果。

1 工程概況及存在的問題

辛置煤礦上跑蹄進風井310水平馬頭門巷道底板標高 +317．227 m，連接處標高 +310．227 m，距進風井井口393．073 m，原設計凈高7 000～4 150 mm，凈寬5 300 mm，長度21 500 mm。根據(jù)風井掘進時期的檢查鉆孔得出的巖層柱狀圖見圖1。

馬頭門巷道由于位于煤層和泥巖巖層內，在施工完成后發(fā)生了嚴重的變形。其變形特征如下：混凝土層開裂后脫落、片幫、掉頂，深度較大處分布達500～1 000 mm，混凝土澆筑體不同程度發(fā)生破裂，甚至脫落;墻體內移，位移量800～1 200 mm，巷道寬度減小量平均1 000 mm，其中巷道西壁內移量大于東壁的內移量;巷道底臌現(xiàn)象嚴重，尤其以馬頭門北巷道最為嚴重，底臌量最大達 2 500 mm，平均底臌1 750 mm。原施工巷道凈體積620．763 m3，經測算，現(xiàn)巷道凈體積為479．68 m3，巷道收縮率達到22%以上。

圖1 馬頭門段巖層柱狀圖

經過對現(xiàn)場地質和巷道條件的調查和分析得出，造成巷道變形破壞的主要原因如下：1)與辛置煤礦540水平巷道相比，310水平埋深大，地應力高。2)井底連接處所處圍巖多為煤線和泥巖，圍巖節(jié)理裂隙多，強度低，而且泥巖浸水后易于泥化、崩解、膨脹。3)井筒淋水大，井壁上的淋水易于通過破裂的井壁滲入到馬頭門圍巖內，減弱圍巖的強度，降低其抗變形破壞的能力，從而導致巷道變形破壞。

2 巷道綜合修復治理技術總體方案

通過對馬頭門巷道的現(xiàn)場調查研究及原因分析，可以得出要實現(xiàn)對巷道的有效治理，不但要對巷道的頂板和兩幫采取相應的措施，而且對底板的治理同樣重要，因此，治理方案要從治理巷道頂板、兩幫和底板同時考慮。

根據(jù)巷道治理技術的發(fā)展現(xiàn)狀調研，得出治理此類巷道需要采取圍巖加固和主動支護配合混凝土澆筑技術的綜合治理總體方案。1)因為原有巷道圍巖發(fā)生嚴重變形，其淺部圍巖已經發(fā)生松動和變形，因此，對原有巷道進行打眼注漿，對巷道松動破壞圍巖進行加固。2)進行原有巷道的擴刷，為了防治裸露在外的泥巖體發(fā)生風化和破壞，需要及時采取噴漿措施。3)采取錨桿錨索支護及時支護巷道。4)架設全封閉U型鋼棚，提高巷道支護系統(tǒng)的整體性和剛度。5)預留二次注漿錨桿。6)最后鋪設鋼筋網，進行混凝土整體澆筑。

3 馬頭門綜合修復治理技術設計方案

運用巷道圍巖加固以及錨桿索支護機理，結合現(xiàn)場實際生產條件和經驗，進行馬頭門巷道綜合修復治理技術的方案設計。

3．1 圍巖注漿加固技術的設計

注漿加固技術是通過向被加固內注入黏結性或者固結性的漿液，通過被加固體內的裂隙滲透進入被加固體，從而起到增加被加固巖體的強度和整體性的技術。

針對馬頭門巷道變形大，需要進行擴幫等實際情況，確定在擴幫之前進行深孔注漿，然后在澆筑完混凝土后進行淺孔壁厚充填注漿加固2種措施。

深孔注漿設計采用直徑25 mm的中空螺紋鋼注漿錨桿，注漿錨桿長度為4．0 m，注漿孔直徑為38 mm，深度5．0 m。布置方式：馬頭門中線布置1根，往兩側間距均為1．4 m布置，排距為1．4 m。淺孔注漿采用長度為2．2 m的直徑25 mm的中空螺紋鋼注漿錨桿，注漿孔直徑為38 mm，深度為2．5 m，布置方式與深孔注漿錨桿錯排間隔布置，排距為1．4 m。

3．2 馬頭門錨桿索支護設計

錨桿索支護是馬頭門綜合修復治理技術的關鍵支護方式，是保證巷道穩(wěn)定的基礎和主動支護系統(tǒng)。

錨桿索設計參數(shù)如下：

1)錨桿支護參數(shù)。錨桿為d22 mm×3 000 mm左旋無縱筋螺紋鋼高強錨桿，樹脂錨固，每根錨桿使用2支Z2388的中速樹脂藥卷錨固，錨固長度為1 760 mm，頂錨桿的預緊力矩不得低于200 N·m。錨桿角度：錨桿垂直巷道斷面輪廓布置，幫部最下位2根幫錨桿向下傾斜15°布置。鋼托板規(guī)格：采用與d22 mm錨桿配套托盤和螺母。鋼筋梯子梁規(guī)格：采用d14 mm的鋼筋焊接而成，寬度 80 mm，長度3 000 mm，每隔700 mm焊接一處錨桿孔位置，端部有100 mm搭接段。鋼筋網規(guī)格：采用d6 mm鋼筋焊接而成的經緯鋼筋網。網格間排距為100 mm×100 mm，長度×寬度為1 500 mm×900 mm。錨桿布置：巷道頂部中線布置1根錨桿，其它錨桿間距700 mm布置，每排布置錨桿數(shù)根據(jù)巷道輪廓線長度確定。錨桿排距700 mm。

2)頂部單體錨索。

采用d21．6 mm高強度預應力鋼絞線，錨索眼深10 000mm，錨索長度10 300mm，鉆孔直徑28mm，樹脂加長錨固，錨固藥卷采用3支Z2388的中速樹脂藥卷，錨固長度為2 640 mm，采用與d21．6 mm鋼絞線相配套的鎖具鎖緊。單體錨索布置在兩排錨桿中間，錨索布置從巷道中心線開始兩側700 mm開始布置，錨索間距1 400 mm，錨索排距1 400 m，每排頂單體錨索共6根。單體錨索在裝配鋼托板和鎖具并鎖緊后，再過1 h后張拉至額定預緊力，錨索的預緊力不得低于140 kN。

鋼托板規(guī)格：采用1塊400 mm×400 mm×14 mm(長×寬×厚)的鋼板，中孔為d24 mm。

3)幫部與底部單體錨索。

采用d21．6 mm高強度預應力鋼絞線，錨索眼深8 000mm，錨索長度8 300mm，鉆孔直徑28mm，樹脂加長錨固，錨固藥卷采用3支Z2388的中速樹脂藥卷，錨固長度為2 640 mm，采用與d21．6 mm鋼絞線相配套的鎖具鎖緊。錨索布置與頂板錨索同排，幫部最上位1根錨索距離頂部最下位1根錨索1 400 mm，其余間距1 400 mm，根數(shù)根據(jù)幫高度確定，錨索排距1 400 m。單體錨索在裝配鋼托板和鎖具并鎖緊后，再過1 h后張拉至額定預緊力，錨索的預緊力不得低于140 kN。

鋼托板規(guī)格：采用1塊400 mm×400 mm×14 mm(長×寬×厚)的鋼板，中孔為d24 mm。

3．3 馬頭門U型鋼棚支護設計

U型棚采用36#U型鋼制作。U型棚棚距為0．7 m，每架棚共有6段搭接而成，每個搭接段安設卡攬3道，每兩架棚之間在搭接處安設6個連接拉板。

馬頭門巷道綜合治理技術支護方案斷面設計圖和側面分布圖見圖2。

4 馬頭門巷道綜合修復治理技術應用

馬頭門巷道綜合治理設計方案在現(xiàn)場進行了應用實施。根據(jù)井底連接處的破壞程度、技術特征和巷道巖性結構，確定施工方法：采用錨固、注漿提高巖性強度，短段擴刷，錨網噴、錨索及36#U型鋼支護交叉作業(yè)，不間斷砌碹混合作業(yè)的施工方案，施工流程圖見圖3。

圖3 施工流程圖

在施工完成后，對巷道進行了礦壓觀測，經過2個月的礦壓觀測，結果表明，馬頭門巷道沒有發(fā)生變形，滿足了巷道的使用需要。

5 結論

在對馬頭門巷道破壞原因進行分析和總結的基礎上，確定了馬頭門軟弱巖層巷道的合理支護方案，形成了軟弱巖層巷道綜合修復治理技術，并在現(xiàn)場進行了應用，取得了良好的支護效果。

［1］ 陳炎光，陸士良．中國煤礦巷道圍巖控制［M］．徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1994：139－141．

［2］ 侯朝炯，勾攀峰．巷道錨桿支護圍巖強度強化機理研究［J］．巖石力學與工程學報，2000(19)：342－345．