破碎巖體巷道加固技術(shù)研究

張宏慶

（山西潞安集團(tuán) 潞寧煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 寧武 036706）

潞寧孟家窯煤業(yè)主斜井巷道，已服務(wù)7 a，按計(jì)劃還要服務(wù)4～5 a，巷道原來主要采用木棚支護(hù)或砌碹支護(hù)，局部巷道圍巖裸露、未支護(hù)，隨著巷道服務(wù)年限的延長、周圍巷道掘進(jìn)及工作面回采影響，原有支護(hù)方式很難保證巷道安全。因此，要對(duì)主斜井巷道進(jìn)行加固技術(shù)研究。

1 工程概況

主斜井長約300 m，坡度約12°，埋深約90～140 m，全巖巷道。主斜井與1620運(yùn)輸巷交叉點(diǎn)與2號(hào)煤層垂直距離約10 m，巷道采用木棚或者砌碹支護(hù)，巷道局部裸露。主斜井位置見圖1。

圖1 主斜井位置圖主斜井位置圖

根據(jù)孟家窯煤業(yè)提供的地質(zhì)資料，礦區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單，主斜井掘進(jìn)中沒有遇到較大斷層等構(gòu)造，地應(yīng)力測(cè)量顯示，在1620運(yùn)輸巷距主斜井5 m處，最大水平主應(yīng)力4.01 MPa，方向N 8.78°W；最小水平主應(yīng)力為2.93MPa；垂直主應(yīng)力3.7MPa。主斜井頂板主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖、細(xì)粒砂巖；底板主要為細(xì)粒砂巖，其中泥巖抗壓強(qiáng)度為9.2～23.5 MPa，砂質(zhì)泥巖自然抗壓強(qiáng)度為18.1～24.6 MPa，細(xì)粒砂巖自然抗壓強(qiáng)度為32.6～59.1 MPa。主斜井頂板圍巖狀況如表1所示。

表1 主斜井頂?shù)装鍑鷰r狀況

2 巷道頂板圍巖狀況分析

主斜井巷道已經(jīng)服務(wù)7a，原來多采用木棚支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度低，對(duì)巷道變形情況不了解，要進(jìn)行巷道加固技術(shù)研究。首先為弄清楚巷道的圍巖狀況，采用JL-IDOL2009v5.31智能鉆孔電視窺視儀，分析頂板圍巖結(jié)構(gòu)狀況，選取3個(gè)鉆孔，分別距端頭270 m、285m、390 m處。選1號(hào)鉆孔0～5.4 m范圍內(nèi)頂板狀況，見圖2。圖中1號(hào)鉆孔窺視結(jié)果顯示，0～0.45m范圍內(nèi)，出現(xiàn)了比較明顯縱向裂隙；0.45～3.1 m范圍內(nèi)，頂板鉆孔圍巖較完整，基本沒有裂隙里層；3.1～5.7 m范圍內(nèi)，頂板鉆孔圍巖節(jié)理較發(fā)育，節(jié)理、裂隙縱橫交錯(cuò)，局部段圍巖較破碎；5.7～10.6 m范圍內(nèi)，頂板鉆孔圍巖整體較好，局部有節(jié)理、裂隙，如7.55 m、8.2 m處。2號(hào)鉆孔窺視結(jié)果顯示，該處鉆孔圍巖整體較好，基本沒有節(jié)理、離層、裂隙，頂板較完整，局部有節(jié)理。3號(hào)鉆孔窺視結(jié)果顯示：0～7.5m圍巖整體較好，基本沒有節(jié)理、離層、裂隙，頂板較完整；8～9.3m范圍內(nèi)，局部段圍巖較破碎，如8.1～8.4m處。從主斜井整個(gè)鉆孔窺視結(jié)果來看，巷道頂板圍巖基本完整，基本沒有離層，局部段有原生節(jié)理、裂隙。

圖2 主斜井1號(hào)鉆孔0～5.4 m頂板圍巖狀況

3 巖體錨固性能試驗(yàn)

為了保證主斜井支護(hù)效果，需在井下錨桿支護(hù)施工前，對(duì)巖體進(jìn)行可錨性試驗(yàn)。為保證孟家窯巷道錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)實(shí)施的可行性和有效性，針對(duì)主斜井加固段圍巖特征，結(jié)合鉆孔窺視結(jié)果，進(jìn)行了該類條件下圍巖可錨性試驗(yàn)。主斜井270 m、290 m、350 m、390m。錨索材料為φ18.9mm，1×7股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度7300mm，極限破斷拉力400 kN，延伸率4%，樹脂加長錨固，三支藥卷為一支K2335和兩支Z2360。施工機(jī)具M(jìn)QT120頂錨桿鉆機(jī)，鉆頭φ28 mm雙翼。檢測(cè)機(jī)具為風(fēng)動(dòng)錨索張拉機(jī)具，最大量程320kN。錨索可錨性試驗(yàn)條件及結(jié)果，如表2所示。

表2 主斜井錨索可錨性試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)在加固段不同位置共選用了4根錨索，以錨索錨固力達(dá)250kN即具有可錨性，從整個(gè)試驗(yàn)結(jié)果來看，錨索的可錨率較高。由上分析及井下圍巖可錨試驗(yàn)結(jié)果看，孟家窯主斜井適合采用錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行加固。

4 主斜井的加固方案

根據(jù)主斜井頂板窺視結(jié)果，依據(jù)巖體錨固性能試驗(yàn)結(jié)果，基于高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)理論[1-2]，提出主斜井加固方案：主斜井?dāng)嗝娉拾雸A拱形，半徑1.6 m，凈寬度3.20m，高2.9m，凈斷面積8.28m2。

錨桿桿體為φ20左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼號(hào)335號(hào)，長度2400mm。錨索材料為φ18.9mm，1×7股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度7 300 mm，每兩排錨桿打1根錨索，排距2 000 mm。錨索托盤采用300 mm×300 mm×16 mm高強(qiáng)度可調(diào)心托板及配套鎖具。采用鋼筋網(wǎng)護(hù)幫和頂，網(wǎng)孔規(guī)格80mm×80 mm，網(wǎng)片規(guī)格3500mm×1100mm，兩個(gè)網(wǎng)片對(duì)接100mm。錨桿預(yù)緊扭矩≥300Nm，但禁止大于500Nm。錨索預(yù)應(yīng)力不低于250kN。主斜井錨桿（索）支護(hù)斷面布置，見圖3。

圖3 主斜井錨桿（索）支護(hù)斷面圖

5 主斜井的加固效果分析

為了有效評(píng)價(jià)主斜井加固效果，7605在150 m位置設(shè)置一個(gè)綜合觀測(cè)站，分別對(duì)巷道表面位移、頂板離層、以及錨桿、錨索受力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

圖4 主斜井表面位移變化曲線

主斜井表面位移變化曲線見圖4，主斜井右?guī)?、左幫、頂板下沉量分別為10 mm、17 mm、9 mm，從開挖到初期穩(wěn)定，歷時(shí)較短，巷道變形量小，兩幫和頂板變形量增幅也很小，巷道穩(wěn)定。

圖5 主斜井錨桿受力變化曲線

錨桿受力觀測(cè)曲線見圖5，從圖看出，巷道開挖初期，錨桿受力變化較小，受力增幅小，最終錨桿受力穩(wěn)定。兩幫受力大，頂板受力均衡。左幫錨桿受力20.56 kN，頂部錨桿受力35.06 kN，右?guī)湾^桿受力134.8 kN，頂板錨索受力為191.40 kN和200.68kN。

由上分析可知，錨桿（索）最終受力和增幅都很小，錨桿（索）受力變化與巷道變形趨勢(shì)基本一致，錨桿（索）受力穩(wěn)定周期短，巷道穩(wěn)定。

6 結(jié)束語

①分析主斜井具體工程環(huán)境，采用鉆孔窺視進(jìn)行不同位置頂板，結(jié)合鉆孔窺視整體結(jié)果，進(jìn)行巖體錨固性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，主斜井可采用錨網(wǎng)索進(jìn)行加固。②依據(jù)巷道巖體錨固性能試驗(yàn)結(jié)果，基于高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)理論，提出采用錨網(wǎng)（索）支護(hù)技術(shù)進(jìn)行加固，并確定了加固方案。③井下礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，文中設(shè)計(jì)的加固方案有效控制了圍巖變形，提高了圍巖的穩(wěn)定性，保證了巷道正常使用，是一種安全、有效的加固方式。

[1]康紅普，王金華.煤巷錨桿支護(hù)理論與成套技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，2007.

[2]康紅普，姜鐵明，高富強(qiáng).預(yù)應(yīng)力在錨桿支護(hù)中的作用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2007，32(7):673-678.