深部動壓軟巖巷道修復實踐與應用

王曉輝

摘要：范各莊礦業(yè)分公司3200副石門，巷道受采動壓力影響頻繁，變形破壞嚴重，對礦井安全生產造成很大威脅。文中詳盡分析應力集中區(qū)軟巖巷道變形原因，通過論證，采用成熟錨注支護技術對失修巷道進行治理，取得較好效果。

關鍵詞：深部動壓軟巖巷道 ?錨注技術 ?實踐

1 工程概況

開灤范各莊礦3200副石門承擔三水平南二采區(qū)行人、輔助運輸與通風功能，服務年限長。巷道自三水平運輸大巷開口，巷道埋深650m，依次揭露與穿過12、11、9、8、7、5煤層，巷道標高-620m。該采區(qū)自上而下已采8煤層，計12個工作面，受深部壓力、采動與兩側煤柱集中壓力影響，整個巷道受損變形嚴重。尤其11煤層及其底板高嶺土層地段巷道，更易變形破壞。該巷道每年都需要重新修復，不僅耗費大量人力、物力與財力，也給礦井安全生產造成了很多威脅。

2 巷道狀況分析

3200副石門原設計采用25U，10.4m2金屬支架支護，受工作面采動壓力影響明顯，且位于煤層和軟巖地段內。修復前，巷道圍巖與拱形支架變形嚴重，有劈幫、巷頂冒落現(xiàn)象，巷道斷面縮減至2500mm*2000mm。特別是11煤層底板高嶺土層，膨脹風化變形較大，至使巷道底鼓嚴重，巷道平均底鼓1600mm。

3 巷道巖性與力學分析

3.1 地質條件：巷道在施工過程中，共揭露5條斷層，落差分別為1.5m、2.0m、2.0m、1.5m和1.0m，斷層附近，巖層破碎，且?guī)r層產狀發(fā)生變化，煤巖層傾角有變大趨勢。

3.2 軟巖：11煤層底板存在2.8m的高嶺土成分的細砂巖，易風化，遇水膨脹，在巷道里揭露18.8m，將會給巷道維護帶來困難。

3.3 采動影響：受7、8、9煤層采掘活動影響，兩翼開采，工作面安排比較集中，巷道位于煤層停采區(qū)域邊緣，為近距離煤層群開采應力集中區(qū)，巷道受多次采動動壓影響。

3.4 巷道圍巖復雜條件：該段巷道為穿層巷道，巷道標高-620m，由東向西依次穿過12、11、9、8、7、6、5煤層。巖層傾角8-22度，巖性差，承載能力低。

3.5 巷道支護強度偏低：3200副石門采用25U金屬拱形支架支護，支護強度選擇偏低。金屬拱形支架屬于被動支護，承載強度低、承載慢，不能及時發(fā)揮支承能力。

4 實施方案

4.1 巷道圍巖應力場形成與相互作用。巷道圍巖開挖后，就立即實施采掘活動，原巖應力場、采動應力場與支護應力場，構成煤礦井下綜合應力場。三種應力場相互作用，原巖應力越高，應力差異越大，采動影響越強烈，集中應力就越高，因此對支護系統(tǒng)要求就更高。支護形式與參數(shù)選擇不合理，可能引起支護體受力過大而失效，支護應力場喪失。

4.2 支護方案確定。3200副石門主要承受工作面采動動壓、巷道兩側煤柱集中壓力與其疊加壓力。受其影響，導致巷道圍巖應力多次重新分布。如果所選擇巷道支護方式，不能適應開采活動影響帶來的應力變化，或者沒及時采取相應加固補救措施，則巷道圍巖松動失穩(wěn)，斷面變形，影響巷道正常安全使用。為解決巷道支護難題，應用成熟錨注技術修復，取得了顯著成效。

4.3支護方案可行性論證。針對范各莊礦3200石門實際條件以及巷道變形顯現(xiàn)規(guī)律，采用的支護技術是一個多層次、多結構和多單元綜合容錯的（強強相容、短弱相長）支護體系，其主要原理是軟巖巖石力學及錨注支護和注漿加固機理。其基本架構是：①對部分軟弱巖體，特別是關鍵部位的極軟弱巖體（高嶺土）進行合理置換和保證施工斷面大于設計斷面，施行預控技術環(huán)節(jié)，保證動態(tài)支護有一定的空間。②以多層次鋼絲繩為徑骨的多噴漿層、高度密貼巖面的強韌封層結構為止?jié){墊和第一支護單元的強有力的抗體，明確強調各層次噴層厚度。③在巷道關鍵部位（巷道底角）開挖大卸壓槽，達到釋放圍巖內應力和拓展巖體內裂隙，為緩釋圍巖體內的運動應力和注漿漿液疏通路徑起到相得益彰的成效。④掌控穩(wěn)壓狀態(tài)下向巖體內預注漿、注漿、復注漿，將高強度水泥漿液反復注進圍巖體內，固結巖體，將松散軟弱的巖煤體膠結成整體，改變了圍巖的力學狀態(tài)，增加了圍巖抗壓、抗拉及抗剪強度，并使原端錨錨桿變成全長錨固，持續(xù)提升巷道圍巖強度。⑤在主動支護理念指導和全程監(jiān)測監(jiān)控下，以不斷調整壓力的恰當注漿技術，在巖體內留置預應力、緩釋迭加應力。⑥通過多層次錨桿、注漿錨桿和注漿膠結后的圍巖，實現(xiàn)以圍巖為支護依托和參與體，達到重造組合體的動態(tài)支護體系，以提高圍巖自身強度和承載能力。⑦在全程監(jiān)測監(jiān)控下，精準掌控巷道變化狀態(tài)，適時采取不斷補強措施，不斷恢復和提升支護結構的工作阻力，保持巷道支護長期穩(wěn)定。

4.4 支護材料選取。錨注支護所用材料主要包括：錨桿、注漿錨桿、鋼絲繩、鋼筋網、樹脂錨固劑、水泥、自然陶粒土等。

4.4.1 錨桿。錨桿規(guī)格為ф20，長度2000mm的右旋無縱筋等強螺紋鋼樹脂錨桿，間排距800×800mm，每孔用2卷樹脂錨固劑。初噴層，二噴層，三噴層全部為錨桿鋼絲繩組合，底角錨桿與底板成不小于45°夾角。

4.4.2 注漿錨桿。注漿錨桿采用“自固自封內自閉新型注漿錨桿”，規(guī)格為ф22×2000mm。巷道全斷面布置注漿管，間排距1400×1400mm。二次注漿時，注漿管規(guī)格為ф22×2600mm，間排距1800×1800mm。注漿錨桿孔深1800-2400mm，剩余600mm為裸注孔。

4.4.3 鋼絲繩。采用礦用5-7分廢舊鋼絲繩之中的兩股為一根，縱向長度不小于10m，橫向以巷道輪廓長度為準，鋼絲繩間距：800mm×800mm，搭接長度為500mm。

4.4.4 噴漿。噴漿采用P.S 42.5R的礦渣硅酸鹽水泥和自燃陶粒土，水泥：自燃陶粒土為1：3，速凝劑摻入量為水泥用量的3-6%，噴層厚度240mm，初噴厚度80mm，二噴層厚度100mm，三噴層厚度60mm，強底不小于C20。

4.4.5 網片。網片為ф6鋼筋加工焊接而成，網格150×150mm，規(guī)格1500×1200mm。

4.4.6 注漿。注漿水泥采用P.O 42.5R的普通硅酸鹽水泥，除有淋水外一般不加速速凝劑，以確保漿液凝固后的長期強度。第一次注漿漿液配比取1：0.6～0.8;第二次注漿漿液配，應略小于一次注漿漿液濃度;取1：0.8～1.0，注漿壓力1.5～3.0MPa，底腳注漿壓力可大些，但最大為3MPa。注入量：每孔水泥量約為150～250kg。

注漿時間，為防止?jié){液在弱面擴散較遠，造成跑漿現(xiàn)象，在控制注漿壓力和注漿量的同時，必須控制注漿時間，使其不宜過長。一般單孔注漿時間20～30分鐘。

4.4.7 泄壓槽。泄壓槽斷面尺寸為：在巷道兩幫墻角，寬×深; 1200～800mm（水溝一側），另一側1000×600mm。泄壓槽開挖時間：穩(wěn)定圍巖狀況下必須在強韌封層的第三個層次支護完成后開挖。在不穩(wěn)定圍巖狀況下，支護必須在強韌封層的第四個層次支護完成后開挖。穩(wěn)定圍巖泄壓時間8～15天，不穩(wěn)定圍巖泄壓時間5～8天，泥化流變狀態(tài)下圍巖泄壓時間1～2天，主要是根據圍巖層理整體性、破碎、泥化狀況確定。泄壓槽的回填采用噴漿回彈料即可，特殊地段可澆灌混凝土。

4.5 巷道位移監(jiān)測及應用效果。礦壓監(jiān)測是整個支護過程中不可或缺的環(huán)節(jié)，監(jiān)測圍巖位移與支護體受力，對其支護效果進行評價，是驗證其支護效果的重要依據。

4.5.1 礦壓監(jiān)測。巷道監(jiān)測采用十字測點方法。每組4個點，每15米一組，初期，每天監(jiān)測一次，一周后，每周監(jiān)測2次，1個月后，每周監(jiān)測1次。主要監(jiān)測兩幫位移量、頂板下沉量、底鼓量。當巷道表面開裂或兩幫收斂數(shù)值超過20mm時，要及時進行注漿加固。

4.5.2 效果檢驗。施工期間觀測結果表明：巷道頂板下沉量最大72mm，最小18mm。兩幫相對移近量最大210mm，最小82mm，平均146mm。

5 實施效果與展望

①通過3200石門軟巖巷道進行錨注修復，未發(fā)現(xiàn)修復巷道噴體有明顯的開裂和變形破壞現(xiàn)象，全部達到了設計施工斷面的標準，僅有局部地點有少量底鼓，但并不影響巷道的運輸、通風和安全使用。②通過錨注支護修復，發(fā)揮錨桿加固層和注漿加固層的雙重支護作用，提高圍巖自身強度，可使巷道支護穩(wěn)定、堅固，承載和抗動壓能力滿足生產要求。③采用錨注加固形成一套圍巖強韌封層創(chuàng)新支護體系，減少了巷道修復次數(shù)降低巷道后期維修成本。

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