干河煤礦軟巖煤巷錨注支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

賈志飛

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 臨汾 041602）

1 工程背景

干河礦三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1 700 m，設(shè)計(jì)巷道坡度0°～8°，平均為4°，巷道沿煤層頂板掘進(jìn)，平均埋深520 m。煤層厚度為3.8 m，直接頂為4.96 m 厚的砂質(zhì)泥巖，抗壓強(qiáng)度35 MPa；基本頂為3.12 m 厚的中粒砂巖，抗壓強(qiáng)度83 MPa。由于直接頂強(qiáng)度較低，巖性較差，受鄰近工作面采動(dòng)影響極易發(fā)生離層及變形破壞，巷道變形顯著[1]。

三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷原支護(hù)參數(shù)為：頂部選用Φ22 mm×2 500 mm 錨桿，幫部選用Φ20 mm×2 000 mm 錨桿，錨桿間排距為0.8 m×0.8 m，原支護(hù)方式見圖1。

圖1 三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷原支護(hù)布置

2 原錨噴支護(hù)失效原因分析

2.1 巷道變形情況分析

三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷按照原支護(hù)參數(shù)施工200 m后，發(fā)現(xiàn)巷道圍巖發(fā)生顯著變形，支護(hù)效果不佳。由于巷道頂板圍巖為泥巖，較為破碎且承載能力差，在采動(dòng)等應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜條件下易發(fā)生顯著變形，影響行人運(yùn)料，進(jìn)而影響礦井生產(chǎn)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)資料的分析總結(jié)，認(rèn)為圍巖破壞特征如下：

（1）變形顯著。巷道掘成后七天內(nèi)，變形速率均值可達(dá)8～11 mm/d，峰值可達(dá)121 mm/d，觀測(cè)得到的頂?shù)装逡平窟_(dá)0.9～1.8 m，兩幫收斂量達(dá)0.9～1.6 m。

（2）長(zhǎng)時(shí)持續(xù)變形?；趯?duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析研究，發(fā)現(xiàn)巷道掘成后需經(jīng)歷35～62 d才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，圍巖條件較差時(shí)變形周期甚至長(zhǎng)達(dá)6～7 個(gè)月。

2.2 支護(hù)體變形控制失效機(jī)理分析

由于深部巷道圍巖所受的原應(yīng)力較大，長(zhǎng)時(shí)高應(yīng)力環(huán)境作用下巖石將發(fā)生塑性蠕變，影響圍巖承載性能，進(jìn)而誘發(fā)巷道整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)[2]。由于采區(qū)巷道服務(wù)周期較長(zhǎng)，對(duì)于圍巖的承載性能及支護(hù)構(gòu)件的承載性能要求較高；同時(shí)部分礦井工作面的規(guī)劃布置未能在采掘活動(dòng)影響區(qū)域內(nèi)，圍巖承載及支護(hù)體系將面臨更艱巨的考驗(yàn)。

對(duì)于圍巖不太破碎，仍保持較好結(jié)構(gòu)完整的巷道，可選用錨桿支護(hù)作為控制手段以控制巷道變形[3]。但錨桿在破碎圍巖條件控制效果較差，經(jīng)常難以展現(xiàn)錨固力作用，當(dāng)圍巖變形顯著時(shí)會(huì)出現(xiàn)錨固力失效現(xiàn)象。由此可得出錨固力是影響支護(hù)系統(tǒng)圍巖控制效果的關(guān)鍵因素之一，破碎圍巖條件下部分錨桿的失效會(huì)引發(fā)連鎖反應(yīng)，最終引起支護(hù)系統(tǒng)的失效，不能達(dá)到預(yù)期的圍巖控制效果。

因?yàn)樵O(shè)計(jì)中巷道底板及兩幫底角未進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，當(dāng)工作面回采至采區(qū)巷道附近時(shí)，在采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)作用下，巷道圍巖發(fā)生塑性破壞，錨桿在高應(yīng)力作用下?lián)p壞，支護(hù)系統(tǒng)失效。

3 錨注支護(hù)技術(shù)

3.1 錨注支護(hù)機(jī)理分析

基于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的分析研究，認(rèn)為應(yīng)從提高圍巖承載能力與支護(hù)體強(qiáng)度兩方面入手以控制高應(yīng)力軟圍巷道的長(zhǎng)時(shí)流變[4]。一方面提高圍巖的承載能力，通過(guò)形成承載結(jié)構(gòu)降低支護(hù)系統(tǒng)的壓力，另一方面提高支護(hù)系統(tǒng)的強(qiáng)度，控制巷道圍巖表面形變，保持巷道圍巖結(jié)構(gòu)完整，提高圍巖—支護(hù)體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

考慮到三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷受采掘擾動(dòng)影響，圍巖破碎，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩點(diǎn)因素：①支護(hù)系統(tǒng)需具有足夠的剛度；②支護(hù)系統(tǒng)需滿足深部軟巖巷道長(zhǎng)時(shí)流變特性要求，以實(shí)現(xiàn)控制圍巖變形的目的。

基于上述分析，提出了錨注支護(hù)系統(tǒng)：首先通過(guò)噴漿維持表面圍巖的完整性，避免進(jìn)一步風(fēng)化，同時(shí)為后期進(jìn)行高強(qiáng)錨注做準(zhǔn)備；其次通過(guò)注漿加固改善破碎巖體力學(xué)性能，提高承載能力；最終通過(guò)錨桿支護(hù)系統(tǒng)控制圍巖的長(zhǎng)時(shí)流變，保障巷道服務(wù)期間的安全。

錨注支護(hù)技術(shù)從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，是從圍巖改性優(yōu)化、卸壓及支護(hù)體系強(qiáng)化三方面入手以控制巷道圍巖變形。首先通過(guò)初噴封閉巷道表面破碎圍巖，避免圍巖進(jìn)一步風(fēng)化，同時(shí)為注漿做準(zhǔn)備。然后通過(guò)普通錨桿和注漿錨桿的配合，一方面對(duì)圍巖注漿改性提升圍巖承載性能；另一方面形成高強(qiáng)度支護(hù)系統(tǒng)，控制圍巖變形；通時(shí)施工卸壓槽將壓力向深部圍巖釋放；最終，通過(guò)二次復(fù)噴形成“圍巖承載結(jié)構(gòu)—支護(hù)體”圍巖變形控制系統(tǒng)。該支護(hù)技術(shù)特別適用于圍巖條件較差且應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜的巷道大變形控制，通過(guò)注漿改性、卸壓及支護(hù)強(qiáng)化三方面入手，優(yōu)化巷道支護(hù)方案，對(duì)于采區(qū)大巷等具有長(zhǎng)時(shí)流變圍巖特點(diǎn)巷道的支護(hù)較為適用。

當(dāng)巷道圍巖為泥巖時(shí)，可在巷道底角開挖卸壓槽，不僅能向深部圍巖卸壓，同時(shí)有利于注漿裂隙的發(fā)育。由于一開始提出的支護(hù)方案是基于理論分析及經(jīng)驗(yàn)類比得到的，現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜，方案適用性可能有待優(yōu)化。因此需基于現(xiàn)場(chǎng)使用情況，及時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)參數(shù)。當(dāng)圍巖條件較差時(shí)可適當(dāng)增加錨桿支護(hù)密度，從而保證支護(hù)系統(tǒng)對(duì)圍巖變形的有效控制。

3.2 錨注支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況提出了錨注支護(hù)設(shè)計(jì)，并設(shè)置了140 m 試驗(yàn)段進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)以驗(yàn)證支護(hù)參數(shù)的合理性。巷道尺寸參數(shù)為寬4.4 m，高為3.5 m；共進(jìn)行兩次噴漿護(hù)表，初噴厚度為55～75 mm，復(fù)噴厚度要求達(dá)到80～110 mm；錨桿間排距設(shè)計(jì)為600 mm×600 mm，注漿錨桿間排距為1 500 mm×1 500 mm；卸壓槽的幾何尺寸為寬800 mm，深600 mm，支護(hù)設(shè)計(jì)見圖2。

圖2 注漿錨桿錨注支護(hù)設(shè)計(jì)巷道斷面

3.3 錨注支護(hù)工藝流程

（1）巷道掘成后立即進(jìn)行噴漿護(hù)表，要求噴漿的厚度達(dá)到55～75 mm。

（2）噴漿后3 h需施工完成卸壓槽，先打普通錨桿，然后打注漿錨桿。

（3）施工完注漿錨桿后進(jìn)行復(fù)噴。

（4）復(fù)噴結(jié)束后，按照步驟1～步驟3 繼續(xù)對(duì)前方巷道進(jìn)行支護(hù)。

3.4 應(yīng)用效果分析

為檢驗(yàn)錨注支護(hù)技術(shù)應(yīng)用效果，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)巷道圍巖變形情況進(jìn)行檢測(cè)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見圖3。

圖3 巷道表面位移變化曲線

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)分析可以得出，經(jīng)過(guò)實(shí)施錨注支護(hù)技術(shù)，巷道變形量在可控范圍內(nèi)，仍保持較大巷道斷面，整體穩(wěn)定性較好，現(xiàn)場(chǎng)行人運(yùn)料通暢。最終，巷道兩幫移近量達(dá)95 mm，頂板下沉量達(dá)81 mm，底鼓量達(dá)18 mm，表明錨注支護(hù)圍巖控制效果良好。

4 結(jié)語(yǔ)

1）為解決干河礦三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷變形嚴(yán)重問(wèn)題，保障服務(wù)期間巷道的通暢及頂板安全，提出采取錨注措施對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。

2）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，通過(guò)錨注支護(hù)技術(shù)強(qiáng)化了圍巖的力學(xué)性能，提高了圍巖的承載能力，實(shí)現(xiàn)了巷道圍巖整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。