高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)技術(shù)實(shí)踐

崔小波

（山西長治市襄垣縣西營鎮(zhèn)上莊煤業(yè)，山西 長治 046000）

近年來隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，煤礦機(jī)械設(shè)備也在不斷的升級，實(shí)現(xiàn)了礦井的高產(chǎn)高效。每年開拓、掘進(jìn)的巷道工程量在逐年增加，淺部資源的枯竭，再向深部延伸，生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜，地應(yīng)力的增加，帶來了一系列巷道支護(hù)難題。許多專家學(xué)者對高地應(yīng)力軟巖巷道進(jìn)行了分析研究，并解決了不同地質(zhì)條件下的支護(hù)難題［1-3］。本文在借鑒前人的基礎(chǔ)上，對-500 m水平東大巷破壞原因進(jìn)行詳細(xì)分析，提出了相應(yīng)的支護(hù)解決方案。

1 工程概況

某礦-500 m水平東大巷布置在2#煤層底板中，順層掘進(jìn)，距離2#煤層20～25 m左右，斷面形式采用直墻半圓拱，巷道掘進(jìn)斷面面積8.8 m2，寬度3.2 m，墻高1.4 m。巷道揭露圍巖主要為砂質(zhì)泥巖，圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育。巷道在掘進(jìn)初期圍巖就發(fā)生了大變形，出現(xiàn)了噴層開裂，兩幫鼓出并明顯的離層，3個月內(nèi)兩幫收斂量達(dá)到了300 mm以上，頂板下沉，并和上部圍巖之間出現(xiàn)較大的空隙，錨桿、錨索產(chǎn)生失效。

2 巷道圍巖破壞原因分析

根據(jù)巷道圍巖應(yīng)力環(huán)境和圍巖巖性綜合分析，巷道破壞的主要原因有以下幾點(diǎn)：

1）圍巖強(qiáng)度較低，巷道圍巖主要是砂質(zhì)泥巖，節(jié)理裂隙發(fā)育。取-500 m水平東大巷巖樣砂質(zhì)泥巖采用X射線衍射圖譜分析方法進(jìn)行分析，礦物組成成分見表1。圍巖含有較多的蒙脫石和伊利石，蒙脫石有遇水膨脹的特點(diǎn)，伊利有石遇水崩解的特點(diǎn)。砂質(zhì)泥巖屬于強(qiáng)度低且遇水膨脹、崩解，是巷道圍巖產(chǎn)生大變形的重要原因。

表1 -500 m水平東大巷圍巖礦物成份

2）地應(yīng)力的大小。-500 m水平東大巷埋深較深，屬于中深部礦井巷道。由于地表高峰與溝谷并存，導(dǎo)致巷道所處區(qū)域的地應(yīng)力變化較大對巷道掘進(jìn)期間圍巖應(yīng)力的重新分布具有很大的影響，巷道圍巖應(yīng)力釋放迅速，巷道變形嚴(yán)重，支護(hù)困難。

3）巷道支護(hù)方式及參數(shù)的選擇。根據(jù)-500 m水平東大巷地質(zhì)及生產(chǎn)條件、巷道變形特點(diǎn)，合理的支護(hù)形式及參數(shù)是控制巷道圍巖變形的重要途徑。本大巷原設(shè)計(jì)采用的長度l=1800 mm錨桿支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行支護(hù)，沒用采用錨索支護(hù)，未采用強(qiáng)有力的U型鋼支護(hù)，不能保障巷道圍巖的穩(wěn)定。

4）施工質(zhì)量的問題。通過對工作現(xiàn)場的調(diào)研，存在生產(chǎn)工人責(zé)任心不足的問題，導(dǎo)致施工質(zhì)量不到位，噴漿層不到位，圍巖密閉不充分，造成巷道失穩(wěn)的隱患。

3 巷道圍巖支護(hù)方式的選擇

針對高應(yīng)力軟弱圍巖的支護(hù)形式，大幅度提高支護(hù)系統(tǒng)的初期支護(hù)剛度和強(qiáng)度，從而保證巷道圍巖本身的完整性，再充分調(diào)動巷道圍巖的深部應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)協(xié)同支護(hù)。依據(jù)王衛(wèi)軍教授提出的“內(nèi)外承載結(jié)構(gòu)耦合平衡原理”，總結(jié)原有支護(hù)高應(yīng)力軟巖的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境，提出了“錨桿、金屬網(wǎng)、U型鋼拱支架、噴漿、注漿和錨索”的聯(lián)合支護(hù)方式［4-5］。

第一步巷道開挖以后，采用錨桿、錨網(wǎng)、U型鋼拱支架對巷道圍巖進(jìn)行支護(hù)，利用錨桿系統(tǒng)和U型鋼拱支架聯(lián)合作用，通過提高支護(hù)剛度，達(dá)到控制巷道圍巖淺部巖層的目的；

第二步在第一步的基礎(chǔ)上，通過錨索調(diào)動巷道深部圍巖，充分利用深部圍巖應(yīng)力，提高了支護(hù)強(qiáng)度，使得深部圍巖外承載結(jié)構(gòu)和巷道周邊的內(nèi)承載結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)作用；

第三步通過噴射混凝土、澆筑巷道底板混凝土和注漿封閉圍巖，控制圍巖遇水軟化和風(fēng)化，同時也控制高水材料的風(fēng)化。

通過以上三步驟，使巷道圍巖在松動圈之內(nèi)形成承載能力高、整體性好的“內(nèi)、外承載結(jié)構(gòu)”，以期達(dá)到良好支護(hù)的效果。

4 支護(hù)參數(shù)的確定及支護(hù)效果分析

4.1 支護(hù)參數(shù)的選擇

依據(jù)“內(nèi)外承載結(jié)構(gòu)耦合平衡原理”，提出了“錨桿、金屬網(wǎng)、U型鋼拱支架、噴漿、注漿和錨索”的聯(lián)合支護(hù)方式，對支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。

（1）U型鋼支架規(guī)格與參數(shù) 采用U29型鋼支架，排距700 mm。

（2）為滿足軟巖巷道支護(hù)的特殊要求，選用普通的20MnSi建筑螺紋鋼錨桿，d=20 mm，l=2400 mm，錨桿間排距為600 mm×700 mm，全斷面掛鋼絲網(wǎng)和鋼筋梯子梁，見圖1。

（3）錨索采用Φ15.24 mm×6300 mm單根鋼絞線，頂錨索布置在巷道頂板中部；幫錨索布置在離巷道底板1.4 m處，見圖2。

（4）采用水泥單液注漿，加入水玻璃3%(體積比)。注漿孔長度3.0 m，直徑32～42 mm；注漿管為無縫普通鐵管，外徑20 mm，長1.5 m，見圖3。

圖1 錨桿布置

圖2 錨索布置

圖3 注漿孔布置

4.2 支護(hù)效果分析

對-500 m水平東大巷采用“錨桿、金屬網(wǎng)、U型鋼拱支架、噴漿、注漿和錨索”的聯(lián)合支護(hù)方案以后，利用“十字基線法”對巷道圍巖變形量進(jìn)行為期三個月的監(jiān)測，監(jiān)測情況見圖4。從圖中可以發(fā)現(xiàn)在監(jiān)測初期巷道圍巖變形量較大，隨著監(jiān)測時間的推移，巷道圍巖變形量減小，且趨于平緩，巷道趨于穩(wěn)定狀態(tài)。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明支護(hù)效果良好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

圖4 巷道圍巖變形量

5 結(jié)語

1）通過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，諸多因素中，圍巖強(qiáng)度較低、節(jié)理裂隙發(fā)育、地應(yīng)力的大小、巷道支護(hù)方式及參數(shù)的選擇、施工質(zhì)量等因素是-500 m水平東大巷破壞的主要原因。

2）“錨桿、金屬網(wǎng)、U型鋼拱支架、噴漿、注漿和錨索”的聯(lián)合支護(hù)方式對-500 m水平東大巷的支護(hù)效果良好，為本礦其它巷道支護(hù)或類似條件礦井巷道支護(hù)提供一定的借鑒意義。