深部高應(yīng)力圍巖巷道維修支護(hù)技術(shù)及其優(yōu)化

孫長(zhǎng)海

摘要：在改革開(kāi)放的新時(shí)期，我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)在快速的發(fā)展，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，文章通過(guò)分析深部巷道在高地應(yīng)力作用下的破壞情況，結(jié)合高應(yīng)力圍巖巷道的變形特征和破壞機(jī)理分析，采用全長(zhǎng)錨固、復(fù)合網(wǎng)和注漿錨索加強(qiáng)兩幫支護(hù)的高應(yīng)力環(huán)境下巷道修復(fù)方式，降低了巷道變形的情況，并延長(zhǎng)巷道維修周期，進(jìn)一步改善并優(yōu)化了深部高應(yīng)力圍巖巷道維修支護(hù)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：深部高應(yīng)力；巷道維修；注漿錨索

引言

隨著淺部資源枯竭，煤礦采場(chǎng)布置逐漸向深部轉(zhuǎn)移，隨之而來(lái)的深部高地應(yīng)力對(duì)巷道的破壞情況日益嚴(yán)重，巷道受力后巖體破碎，使修護(hù)工作更是難上加難。重新掘進(jìn)巷道在時(shí)間和空間上都會(huì)制約礦井的發(fā)展，研究高應(yīng)力環(huán)境下巷道修復(fù)的合理支護(hù)方式變得尤為重要。某礦-817mC13底板巷位于該礦井-820水平，由于埋深較大巷道壓力顯著，通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，巷道圍巖為砂質(zhì)泥巖，巷道兩幫變形及底鼓最為嚴(yán)重，局部臥底量超過(guò)0.9m，巷道使用面積變小，甚至還導(dǎo)致巷道無(wú)法使用，部分巷道經(jīng)過(guò)返修，但破壞仍較嚴(yán)重，影響礦井生產(chǎn)和安全。為了更好地對(duì)巷道進(jìn)行維修，通過(guò)摸清巷道圍巖變形特征及變形力學(xué)機(jī)制，采取有針對(duì)性的支護(hù)方法。

一、巷道變形破壞特點(diǎn)及原因分析

（一）巷道破壞現(xiàn)象及特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)巷道現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際考察及測(cè)試，發(fā)現(xiàn)巷道變形破壞有以下幾個(gè)特點(diǎn)：在一次支護(hù)巷道中，未對(duì)不同的巖層進(jìn)行綜合分析，均采用錨網(wǎng)噴支護(hù)方式，達(dá)不到巷道支護(hù)要求，而出現(xiàn)變形和破壞的程度不同；部分地段頂板有淋水現(xiàn)象，由于受巷道圍巖中水的影響，局部變形破壞更嚴(yán)重；變形破壞后的巷道圍巖，其主要特征是軟弱、松散和破碎，加上軟化和泥化現(xiàn)象顯著，巖體傾向反轉(zhuǎn)，頂板圍巖呈現(xiàn)倒人字形破壞，承載能力極低，從而加劇了巷道后期的變形破壞。

（二）巷道破壞失穩(wěn)原因分析

通過(guò)分析巷道破壞特點(diǎn)，綜合物理模擬和數(shù)值模擬結(jié)果，深部高應(yīng)力軟巖巷道失穩(wěn)的原因和機(jī)理為：深部地應(yīng)力大而且應(yīng)力場(chǎng)分布復(fù)雜，這是影響巷道穩(wěn)定性的最重要因素。當(dāng)開(kāi)挖引起的應(yīng)力集中導(dǎo)致圍巖破裂時(shí)，圍巖破裂是釋放應(yīng)力的過(guò)程，同時(shí)導(dǎo)致高集中應(yīng)力往圍巖深部轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步導(dǎo)致深部圍巖的破裂，當(dāng)深部圍巖的承載力大于應(yīng)力時(shí)破裂才停止；深部巷道圍巖的軟巖特性十分明顯，除一部分圍巖本身強(qiáng)度低，呈現(xiàn)軟巖特性外，堅(jiān)硬的巖石也會(huì)呈現(xiàn)明顯的軟化和弱化現(xiàn)象，圍巖條件極破碎，強(qiáng)膨脹，受流變時(shí)間效應(yīng)的影響，呈現(xiàn)大變形特性；支護(hù)時(shí)機(jī)不恰當(dāng)、支護(hù)形式及參數(shù)不合理等也是導(dǎo)致深部高應(yīng)力軟巖巷道失穩(wěn)的關(guān)鍵原因。針對(duì)平煤股份五礦己三下延軌道下山底板這一關(guān)鍵部位，建議采用錨注的方式進(jìn)行加固，防止嚴(yán)重底鼓的發(fā)生。

（三）施工關(guān)鍵技術(shù)

1.錨桿施工關(guān)鍵技術(shù)

（1）嚴(yán)格控制錨桿孔的排距、角度和深度。（2）錨桿孔成孔后，用壓風(fēng)吹洗眼底，在安裝前，使樹脂錨固劑的錨固效果及錨桿的錨固力得到保證。（3）錨桿安裝時(shí)，按照施工工藝要求，用錨桿體將樹脂送到眼底后，起動(dòng)錨桿鉆機(jī)，樹脂藥卷得到攪拌，送至眼底后，停鉆機(jī)，等待約20s，卸下鉆機(jī)，錨桿安裝完成。（4）為了保證錨桿初錨力，錨桿安設(shè)時(shí)的安裝扭矩不能低于150N·m，每班質(zhì)檢員應(yīng)采用扭矩扳手進(jìn)行抽查，不合格的一定要重新擰緊。

2.錨注施工

（1）為保證注漿時(shí)不出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，必須進(jìn)行噴漿，可封閉巷道圍巖的表面裂隙。（2）噴漿時(shí)，須控制好噴層的質(zhì)量，既要將圍巖封閉好，又要保證注漿錨桿孔口的外露長(zhǎng)度。（3）注漿時(shí)，注漿工站在注漿錨桿的側(cè)面1m以外，以防錨桿孔噴漿傷人。注漿壓力一般不大于2.0MPa，超壓時(shí)，處理要及時(shí)，避免發(fā)生設(shè)施損壞甚至傷人等事故。（4）底板注漿時(shí)，要注意觀察注漿孔周圍漿液的滲漏和擴(kuò)散情況，當(dāng)巷道的底板周圍出現(xiàn)大量漏漿情況時(shí)，可以暫停注漿，再對(duì)其余注漿孔實(shí)施注漿作業(yè)。（5）根據(jù)巷道實(shí)際注漿情況的變化，及時(shí)開(kāi)、停注漿泵，并時(shí)刻注意觀察注漿泵的注漿壓力，以免發(fā)生管路堵塞及崩管等現(xiàn)象。

二、支護(hù)技術(shù)優(yōu)化

針對(duì)某礦-817mC13底板巷修復(fù)的支護(hù)優(yōu)化措施，其一分析錨桿鉆機(jī)的鉆孔情況，觀察到鉆進(jìn)速度正常，在鉆孔之后也并未出現(xiàn)塌孔狀況，證實(shí)巖層能夠進(jìn)行正常的錨固；巖石相對(duì)來(lái)說(shuō)較為松軟，通過(guò)對(duì)打孔時(shí)排出的沖孔水的顏色進(jìn)行初步判斷后，能夠?qū)﹀^固的強(qiáng)度進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。其二，觀察已經(jīng)過(guò)擴(kuò)修的巷道，能夠看到在頂板上有較多的錨桿和錨索。在巷道圍巖嚴(yán)重變形的情況下，錨桿和錨索并沒(méi)有出現(xiàn)一些不良情況，不僅不會(huì)由于巖層膨脹的拉伸作用產(chǎn)生斷絲、斷錨，也沒(méi)有產(chǎn)生彎折。因此，對(duì)巷道支護(hù)可采取以下技術(shù)方式進(jìn)行優(yōu)化：1）全長(zhǎng)錨固取代端錨。端錨的錨桿自由段幾乎不會(huì)出現(xiàn)徑向約束效應(yīng)，在巖層出現(xiàn)層間錯(cuò)位、剪切膨脹的過(guò)程中并不能出現(xiàn)相關(guān)反應(yīng)，且軟巖中錨固的強(qiáng)度很低，軸向約束效應(yīng)也會(huì)受到一定的制約，無(wú)法進(jìn)行有效支護(hù)。2）復(fù)合網(wǎng)取代單層網(wǎng)。以往的支護(hù)使用的是D6.5mm圓鋼焊接菱形鋼筋網(wǎng)，其網(wǎng)片為1750mm×930mm，網(wǎng)與網(wǎng)之間的間隔為100mm×100mm，圍巖在力的作用下產(chǎn)生破碎情況，鉆孔機(jī)的錨固過(guò)程則會(huì)出現(xiàn)漏頂情況，在本次支護(hù)中使用的是復(fù)合網(wǎng)，即在鋼筋網(wǎng)內(nèi)部增加一層D2mm菱形鐵絲網(wǎng)，大小與鋼筋網(wǎng)相同，且網(wǎng)格之間的間隔為50mm×50mm。3）注漿錨索取代淺孔注漿。

三、支護(hù)效果檢測(cè)

對(duì)本次支護(hù)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)的效果進(jìn)行檢測(cè)，一是要檢驗(yàn)圍巖注漿后的效果，采用鉆孔窺視儀，觀測(cè)在同一區(qū)域維修前后的錨索鉆孔。通過(guò)前后的對(duì)比效果，我們觀察到在孔深為5m左右時(shí)，注漿效果表現(xiàn)顯著，滲透到巖體中，產(chǎn)生了黏結(jié)補(bǔ)強(qiáng)的效果，并轉(zhuǎn)變了圍巖的破壞機(jī)制，很大程度上提升了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力，滿足高應(yīng)力破碎巖體巷道的支護(hù)需要。其二，巷道中也布置了圍巖表明位移監(jiān)測(cè)斷面，從上文中也進(jìn)行了相關(guān)分析，巷道底板的兩幫位移量明顯降低，使得底鼓情況明顯得到改善。此方案的實(shí)施確實(shí)加強(qiáng)了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力，并對(duì)深部高應(yīng)力巷道的變形起到有效控制作用，對(duì)巷道的穩(wěn)定以及礦井的生產(chǎn)都提供了保障。

結(jié)語(yǔ)

巷道維修應(yīng)根據(jù)深部巷道圍巖壓力的來(lái)壓迅速，圍巖變形量大，四周同時(shí)來(lái)壓和持續(xù)流變等特性，采取正確的支護(hù)原則和措施。由于支護(hù)原則和方法不正確雖曾采用多種形式的支護(hù)，但成效并不明顯。分析原因有：在維修過(guò)程中只是簡(jiǎn)單的對(duì)破碎圍巖進(jìn)行挖補(bǔ)，沒(méi)有真正地從巷道圍巖破壞程度，以及如何利用圍巖增加抗壓強(qiáng)度進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)。

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