軟弱破碎圍巖巷道錨桿支護(hù)技術(shù)研究與實(shí)踐分析

劉新元

摘 要：近些年來(lái)礦井在不斷深入挖掘的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到軟弱圍巖地段，在這個(gè)地段中普遍土質(zhì)松軟，圍巖多為頁(yè)巖、泥巖及砂質(zhì)泥巖，強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差、極易坍塌，并且遇水后容易整體變軟膨脹，如果在這個(gè)地段進(jìn)行巷道施工，巷道會(huì)因?yàn)檫@樣的地質(zhì)狀態(tài)隨時(shí)出現(xiàn)變形，增大維修頻次，增加維護(hù)成本及基建投入。錨桿支護(hù)技術(shù)是我國(guó)地下開(kāi)采作業(yè)中常用的一種加固支護(hù)方式，其具有支護(hù)效果好、操作工序簡(jiǎn)便，使用成本低等特點(diǎn)。本文對(duì)軟弱破碎圍巖巷道錨桿支護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究，并對(duì)其實(shí)際使用進(jìn)行分析，以此來(lái)為今后礦井安全作業(yè)提供參考。

關(guān)鍵詞：圍巖巷道控制；錨桿支護(hù)技術(shù)；研究；實(shí)踐；分析

近些年我國(guó)地下煤礦資源使用量較大，導(dǎo)致當(dāng)前淺層煤炭資源幾近于開(kāi)采殆盡，促使大部分礦井逐漸轉(zhuǎn)向深部開(kāi)采，而因?yàn)榈叵颅h(huán)境復(fù)雜，在礦井巷道施工過(guò)程中，經(jīng)常因?yàn)閲鷰r變形等原因?qū)ο锏肋M(jìn)行反復(fù)維修，尤其在軟弱圍巖地段巷道，維修次數(shù)更甚，無(wú)法保證巷道的利用率。為了永久解決此問(wèn)題，我國(guó)近些年特別針對(duì)破碎巷道支護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究，并取得了相應(yīng)成果，下面便對(duì)此技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 工程概況

1.1 基本地質(zhì)概況

南方某煤礦年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120萬(wàn)噸，一般來(lái)說(shuō)，南方礦的礦井運(yùn)輸大巷一般部署在煤系地層底部茅口灰?guī)r中，采區(qū)巷道從運(yùn)輸大巷開(kāi)始垂直煤系向頂部掘進(jìn)，而煤巷和機(jī)巷一般在煤層與采區(qū)巷道交匯處沿煤層頂板掘進(jìn)，巷道變形多發(fā)生在采區(qū)運(yùn)輸巷道中，多施工長(zhǎng)錨桿及錨索；而煤巷使用壽命不長(zhǎng)，其變形處理多采用短錨桿支護(hù)。所以，不同用途的巷道變形處理方式應(yīng)不同。在本礦井中，采區(qū)運(yùn)輸巷道周圍幾乎都為不穩(wěn)定圍巖，并且?guī)r層結(jié)構(gòu)分層嚴(yán)重，裂縫持續(xù)發(fā)育，單軸的抗壓強(qiáng)度僅為10.20MPa左右，必須進(jìn)行對(duì)頂板巖層進(jìn)行支護(hù)。并在支護(hù)過(guò)程中特別注意煤層底板中水層的發(fā)育，防止出現(xiàn)巖層遇水膨脹問(wèn)題將支護(hù)措施沖擊變形。

1.2 目前采區(qū)運(yùn)輸巷道礦壓特征

本礦井的采區(qū)運(yùn)輸巷道頂板位置巖層普遍分層明顯，并且兩側(cè)巖體的結(jié)構(gòu)均呈現(xiàn)發(fā)育狀，強(qiáng)度不均衡，綜合要低于頂?shù)装鍙?qiáng)度。采區(qū)運(yùn)輸巷道頂板有彎曲變形的趨勢(shì)，這樣的變形會(huì)直接導(dǎo)致巷道頂板大幅度下沉、破損、多層分類等問(wèn)題。同時(shí)結(jié)構(gòu)面還在隨著底層變化不斷發(fā)育，很容易形成垮幫、片幫現(xiàn)象，并且頂板巖層彎曲程度加大，會(huì)增加兩幫頂角部分的應(yīng)力集中程度，壓碎力度更大，片幫問(wèn)題、垮幫問(wèn)題會(huì)更加嚴(yán)重，致使頂板支撐作用力下降，頂板巖層進(jìn)一步彎曲變形，形成惡性循環(huán)。

2 支護(hù)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

根據(jù)巷道頂部掘進(jìn)中出現(xiàn)不同程度的位移、底鼓，結(jié)合鉆孔取芯和補(bǔ)打12.5m錨索時(shí)出現(xiàn)較大淋水、塌孔等特征可以確定，此部位符合軟巖巷道穩(wěn)定性差、變形量大、變形速度快、風(fēng)化、底鼓及遇水膨脹等基本特征。

軟巖巷道變形破壞的一般規(guī)律為：巷道地壓隨埋藏深度變化明顯，巷道四周來(lái)壓，底鼓明顯，變形壓力遠(yuǎn)大于松散壓力。因此軟巖的底板管理非常重要，現(xiàn)場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)是“治幫先治底，治底先治水”。且任何一種支護(hù)形式，在松軟巖層條件下，都必須采用以柔克剛，先柔后剛的支護(hù)方法才能取得應(yīng)用的效果?？傊?，采用加密加長(zhǎng)錨索或重新刷大巷道至掘進(jìn)斷面并澆筑鋼筋混凝土效果不明顯，有效的處理方案是先進(jìn)行注漿加固，漿液能夠在圍巖中流動(dòng)滲透到一定的范圍，然后進(jìn)行錨索支護(hù)。注漿后能明顯地提高圍巖的強(qiáng)度和整體承載能力。

2.2 加固方案

注漿一錨索支護(hù)：采用人工鑿除已開(kāi)裂擠出的混凝土或噴混凝土體，并噴混凝土封閉所有裂縫，淺孔中壓注漿配合強(qiáng)力錨索加固。

2.3 注漿加固參數(shù)

注漿孔間排距：間距2000mm，排距3000mm，淺孔深孔穿插布置，根據(jù)巷道破壞程度及裂隙發(fā)育情況進(jìn)行調(diào)整。

注漿孔深：淺孔注漿深度5m，深孔注漿深度20m，頂孔以進(jìn)入煤層頂板8m為準(zhǔn)。

注漿壓力：淺孔2-3MPa，深孔4-6MPa。

注漿材料：淺孔注漿采用525普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比0.5：1；深孔注漿添加X(jué)PM納米灌注劑以降低水灰比，同時(shí)可使水泥強(qiáng)度達(dá)69.3MPa，XPM添加量應(yīng)為水泥質(zhì)量的6%-7%，配合比為XPM：水泥：水=1：15：7.5；封孔用水泥-水玻璃雙漿液，漿液水灰比1：0.4。

注漿順序：淺孔、深孔分開(kāi)施工，并分別隔排交叉注漿，注漿時(shí)先淺孔后深孔、由下向上按順序完成。

2.4 錨索參數(shù)

錨索規(guī)格：采用918.9mm×15.3m高強(qiáng)度低松弛鋼絞線錨索，配300mm×300mm×16mm高強(qiáng)托盤(pán)（附帶調(diào)心球墊），承載力不低于250kN。

錨固方式：全長(zhǎng)錨固錨索，其中端頭采用樹(shù)脂藥卷錨固，1支K2335藥卷，2支Z2360藥卷，其余部分采用水泥漿錨固。

3 實(shí)踐結(jié)果及分析

為全面掌握注漿與錨索聯(lián)合支護(hù)后巷道圍巖變形、錨索受力及支護(hù)效果，進(jìn)行了巷道圍巖變形與錨索受力監(jiān)測(cè)。

3.1 錨索受力

巷道頂板錨索安裝半天后，最大載荷達(dá)到要求；2d后頂板錨索載荷達(dá)到設(shè)計(jì)載荷；錨索載荷增長(zhǎng)速度較快，說(shuō)明能迅速承載，抵抗變形壓力，控制圍巖變形，7d后錨索荷載趨于平穩(wěn)。施工中錨索未出現(xiàn)拉斷破壞現(xiàn)象，說(shuō)明其所受載荷未達(dá)到錨索極限載荷，選用錨索力學(xué)參數(shù)合理。

3.2 圍巖表面位移

從頂板變形速度與時(shí)間關(guān)系來(lái)看，頂板圍巖變形大體可分為3個(gè)階段：第一階段變形速度快，變形量大；第二階段變形速度處于下降調(diào)整期，此時(shí)錨索工作阻力不斷提高，抵抗圍巖的變形壓力；第三階段為變形速度處于下降穩(wěn)定期，此時(shí)錨索錨固力與圍巖變形壓力處于平衡狀態(tài)。

從頂板表面位移看，前2d變形量較大，后期變形在7d內(nèi)結(jié)束，頂板表面總位移2-3mm。

兩幫表面總位移量為1-2mm，變形速度與時(shí)間關(guān)系基本上與頂板相同。這是因?yàn)轫敯遄冃慰刂戚^好，減輕了兩幫所受的載荷，而且兩幫錨索支護(hù)參數(shù)選擇合理，能有效地控制兩幫位移。

4 經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析

在軟弱破碎圍巖巷道中使用常規(guī)錨桿支護(hù)技術(shù)也可以解決巷道頻繁維修問(wèn)題，但相比之下使用本工程中采用的方法，整體錨桿支護(hù)會(huì)更加牢固，在不發(fā)生特殊地質(zhì)變化時(shí)，一般可以一直保證巷道完整性，在很大程度上節(jié)約了巷道維修的資金投入，增加了礦井的整體經(jīng)濟(jì)收益，對(duì)今后煤礦礦井安全作業(yè)，煤礦開(kāi)采可持續(xù)發(fā)展起到了極大促進(jìn)作用。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)當(dāng)前礦井巷道施工中遇到的軟弱圍巖地段問(wèn)題，可以根據(jù)不同的地質(zhì)特征，不同的巷道修建情況，使用不同的支護(hù)技術(shù)，比如巷道中如果遇水或者出現(xiàn)高地應(yīng)力膨脹變形現(xiàn)象，為了避免出現(xiàn)巷道重復(fù)修繕，可以采用錨桿支護(hù)保證支護(hù)體系的穩(wěn)固性，以此來(lái)減少施工資金投入，促進(jìn)礦井作業(yè)順利進(jìn)行。

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