三軟巖層巷道支護加固技術(shù)實踐探析

摘要：針對晉煤趙莊煤礦西翼南輔運大巷在掘進期間局部應力積聚、頂板破碎程度嚴重、底鼓顯著等現(xiàn)象，提出通過對巷道預留變形量+分層掘進支護+錨網(wǎng)噴初次支護+高預應力錨索二次支護+二次注漿加固+底角錨注加強支護+復注加強支護技術(shù)工藝，該工藝能有效抑制三軟巖層巷道圍巖變形程度，提高巷道整體穩(wěn)定性，確保掘進施工的安全性。

關(guān)鍵詞：三軟巖層;底鼓;頂板破碎;注漿加固

一、工作面概況

晉煤趙莊煤礦位于山西省高平市境內(nèi)，區(qū)域批復全井田可采煤層為3#煤層，礦井核定生產(chǎn)能力為6Mt/a，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復雜，煤質(zhì)松軟破碎，屬典型三軟巖層巷道，西翼南輔巷為井田輔運大巷，主要承擔行人、進料等輔助任務，巷道設計斷面為矩形，掘進斷面尺寸為4800mm×4400mm，巷道在掘進過程中，遇復雜地質(zhì)構(gòu)造，頂板破碎垮落程度嚴重，巷道兩幫內(nèi)擠錯動，底鼓顯著，頂?shù)装遄畲笠七M量高達1200mm，給支護造成了較大困難。為保證巷道掘進期間圍巖穩(wěn)定性，確保掘進安全施工，針對西翼南輔運大巷所處圍巖條件以及掘進工藝，提出通過預留變形量+分層掘進支護+錨網(wǎng)噴初次支護+高預應力錨索二次支護+低壓淺孔充填加固+底角錨注加強支護+高壓深孔滲透加固技術(shù)方案控制圍巖變形程度，以提高三軟巖層巷道的穩(wěn)定性。

二、三軟巷道支護方案

（一）預留變形量

巷道掘進期間，受到高構(gòu)應力、采動應力以及頂板上覆巖層自重應力等多重影響，局部應力積聚，圍巖變形程度較大，因此，在巷道掘進過程中，應預留出一定的變形量，使巷道積聚應力得到有效的釋放，將支承壓力轉(zhuǎn)移至深部圍巖，確保圍巖穩(wěn)定性。西翼南輔運大巷設計掘進斷面尺寸為4800mm×4400mm，考慮到三軟巷道大變形情況，擬對巷道進行擴刷，即在巷道兩幫各預留200mm的圍巖變形量，在巷道頂板預留100mm的圍巖變形量，為保證巷道整體穩(wěn)定性，后期需對巷道噴漿加固，封閉混凝土的厚度為100mm，底板結(jié)構(gòu)厚度為200mm，經(jīng)重新規(guī)劃設計后的西翼南輔運大巷巷道設計施工斷面尺寸為5400 mm×4800 mm。

（二）分層掘進支護

西翼南輔運大巷巷道底板為泥巖，強度較低，遇水軟化易發(fā)生流變現(xiàn)象，是造成巷道底鼓、底角發(fā)生嚴重內(nèi)擠的重要因素，西翼南輔運大巷掘進期間，底板積水程度較高，加之施工設備對底板的碾壓，造成巷道底板支承強度下降，底鼓嚴重，針對此類情況，擬預先對巷道進行上分層的掘進與支護，滯后800mm后再對巷道進行下分層的掘進與支護，以保證巷道圍巖的穩(wěn)定性。

（三）錨網(wǎng)噴初次支護

巷道掘進成形后，需進行錨網(wǎng)噴初次支護以加固巷道，確保圍巖穩(wěn)定。高預應力錨桿能將巷道頂板松軟破碎區(qū)域懸固在上覆堅硬圍巖體中，形成穩(wěn)定的組合梁結(jié)構(gòu)，降低頂板變形情況，實現(xiàn)圍巖的整體變形[1];對巷道表面噴注混凝土能夠封堵圍巖體裂隙，阻止瓦斯等有害氣體涌出，隔絕空氣、水體與圍巖的直接接觸，降低圍巖的風化與剝落現(xiàn)象，維持圍巖的強度與承載性能[2];在巷道頂板及兩幫鋪設金屬網(wǎng)能夠有效抵抗破碎圍巖體的碎脹壓力，防止破碎巖塊的垮落，從整體上增強錨桿的支護效果。

西翼南輔運大巷錨網(wǎng)噴的參數(shù)選型分述如下：

高預應力錨桿選用規(guī)格為Φ22 mm×2400 mm的高性能螺紋鋼錨桿，錨桿桿體質(zhì)材為高強度左旋無縱筋螺紋鋼筋，桿尾螺紋為M22，鋼號為BHRB500，各錨桿間排距為800 mm×800 mm，錨固劑選用中速2360型和快速2335型樹脂藥卷，錨固長度≧800mm，錨固力≧150KN，預緊力≧400N·m，托盤選型規(guī)格為150 mm×150 mm×8 mm的高強度托盤。

巷道鋪設金屬網(wǎng)片選用規(guī)格為2800 mm×1100 mm，網(wǎng)格規(guī)格為100 mm×100 mm，網(wǎng)片之間通過勾接相連，勾接長度為100mm。

鋼筋托梁選用規(guī)格為4100 mm×80 mm，鋼筋直徑為14mm，相鄰鋼筋托梁通過錨桿緊壓，為方便錨桿的安設，需在錨桿打設處焊接縱筋，各縱筋的間距為100mm。

混凝土噴射的強度等級為C30，厚度為100mm，配合比1：2：2，在混凝土中摻3%～5 %速凝劑以確?；炷脸尚退俣?，為便于后期對巷道進行復注加固，需確保注漿錨桿孔口外露長度≧30 mm。西翼南輔運大巷錨網(wǎng)噴初次支護結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

（四）高預應力錨索二次支護

西翼南輔運大巷進行錨網(wǎng)噴初次支護加固后，開始進行高預應力錨索二次支護，錨索選用高強度低松弛預應力鋼絞線制成的Φ22 mm×8400 mm或Φ22 mm×5400 mm的拉壓分散型預應力錨索，極限承載力為600KN，伸長率為6%，其中，巷道頂錨索選用規(guī)格為Φ22 mm×8400 mm，錨索預緊力≧120KN，巷道幫錨索選用規(guī)格為Φ22 mm×5400 mm，錨索預緊力≧80KN，各錨索的間排距為間排距為1600 mm×1600 mm，巷道斷面預應力錨索支護布置示意如圖2所示。

（五）二次注漿加固

對巷道進行錨網(wǎng)噴初次支護與高預應力錨索二次支護后，通過注漿管路對巷道破碎圍巖區(qū)域進行二次注漿加固，一方面，可以將巷道深部破碎巖體膠結(jié)成穩(wěn)定的整體，提高圍巖整體的穩(wěn)定性，實現(xiàn)巷道的整體承載。其次，通過二次注漿加固，能夠?qū)⒊醮沃ёo下錨桿、錨索的支護轉(zhuǎn)化為全長錨固，形成復合錨注支護結(jié)構(gòu)，加強錨固范圍與強度，確保錨固的穩(wěn)定性[3-4]。

二次注漿加固采用低壓淺孔充填注漿，低壓淺孔注漿管選用規(guī)格為Φ38mm×1000 mm，注漿孔徑為Φ45mm，孔深2500mm，注漿液選擇水灰比為0.9的單液水泥-水玻璃漿液，水玻璃與水泥含量比值為1：20，水泥選用42.5級普通硅酸鹽水泥。二次注漿過程中，注漿壓力控制在1.5MPa-2.0MPa之間，確保漿結(jié)固體強度≧20 MPa。低壓淺孔充填注漿管路布置示意如圖3所示。

（六）底角錨注加強支護

西翼南輔運大巷二次注漿加固后，開始對巷道底角進行錨注加固，錨注加固能夠有效控制巷道底板、底角與巷道兩幫圍巖的穩(wěn)定性，抵抗破碎圍巖體的碎脹壓力，加巷道圍巖支護結(jié)構(gòu)的強度，降低軟巖巷道的變形程度。巷道底角錨注加固選用規(guī)格為Φ25 mm×3500 mm的自鉆式中空內(nèi)注漿錨桿，錨桿由中空特種鋼制成，錨桿極限拉斷力為150KN，最大延伸率為15 %左右，同傳統(tǒng)錨桿相比，強度與抗剪切力大大提高，自鉆式中空內(nèi)注漿錨桿同注漿管路布置于同一斷面上，注漿過程中，注漿壓力控制在1.5MPa-2.0MPa之間，對巷道底板噴注100mm的混凝土封閉底板裂隙，以防在錨桿注漿期間發(fā)生跑漿的現(xiàn)象。

（七）復注加強支護

復注加強支護采用高壓深孔滲透注漿，即在低壓淺孔充填注漿加固完成并形成一定厚度加固柱的情況下，布置深孔，利用高壓泵進行滲透注漿，以提高漿液的滲透效果，擴大注漿膠結(jié)范圍，對低壓淺孔注漿進行補強加固，從整體上提高圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，抑制巷道出現(xiàn)大變形的現(xiàn)象[5]。

高壓深孔注漿管與低壓淺孔注漿管選取規(guī)格相同，對巷道注漿前，預先利用鉆機進行掃孔，孔深控制4.5m-5m之間，高壓深孔滲透注漿管布置示意如圖4所示。

高壓深孔滲透注漿液選用水灰比為0.6的高強度水泥漿液，水泥選用52.5級普通硅酸鹽水泥，同時在水泥中摻雜0.7%的高效減水劑以提高漿液膠結(jié)的強度，當注漿圍巖裂隙較小，注漿受阻時，可將普通硅酸鹽水泥更換為超細水泥進行注漿，高壓深孔滲透注漿過程中，注漿壓力控制在4.5MPa-6.0MPa之間，加固膠結(jié)范圍控制在5.0m左右，確保漿結(jié)固體強度≧30 MPa。

結(jié)語

為解決三軟巖層巷道支護難題，以晉煤趙莊煤礦西翼南輔運大巷為研究對象，針對巷道圍巖變形程度高、強流變、支護難度高的力學特征，提出通過預留變形量+分層掘進支護+錨網(wǎng)噴初次支護+高預應力錨索二次支護+低壓淺孔充填加固+底角錨注加強支護+高壓深孔滲透加固技術(shù)控制圍巖變形程度，構(gòu)成錨固與注漿加固的動態(tài)迭加耦合支護結(jié)構(gòu)，有效提高了圍巖體的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了巷道安全掘進。

參考文獻：

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[5] 劉學曄，嚴國超，張遠方.近距離煤層下組煤回采巷道圍巖破碎機理及加固技術(shù)研究[J].中國礦業(yè)，2020，29（05）：86-90.

作者簡介：

廖引（1990年-），男，湖北天門人，碩士，研究方向：煤層氣開發(fā)。