地質(zhì)構(gòu)造帶大斷面巷道支護技術(shù)的應(yīng)用

王俊波，李 偉

（1.山西汾西正佳煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 隰縣 041399；2.山西汾西礦業(yè)兩渡煤業(yè)公司，山西 靈石 031302）

隨著我國煤礦現(xiàn)代化、智能化、高效化礦井建設(shè)，礦井開采規(guī)模不斷擴大，機械設(shè)備越來越龐大，巷道斷面越來越大，斷面支護要求越來越高。 針對井下大斷面巷道頂板下沉、兩幫變形、底板底鼓等現(xiàn)象，現(xiàn)結(jié)合兩渡煤礦二采區(qū)集中軌道巷地質(zhì)構(gòu)造段采用不同的聯(lián)合支護形式，進行支護技術(shù)分析。

1 巷道基本情況

兩渡煤礦二采區(qū)東以椒仲大斷層為界，西臨一采區(qū)，為下山雙翼采區(qū)。 二采區(qū)布置有集中軌道巷、集中運輸巷和集中回風(fēng)巷，設(shè)計輔助運輸采用無軌膠輪車運輸，主要為二、三采區(qū)輔助運輸服務(wù)，采區(qū)集中巷道位于9、10號煤中，坡度2°～10°，采用直墻半圓拱型斷面設(shè)計，凈寬6.0 m，墻2.0 m，凈斷面積26.1 m2，掘進斷面積28.2 m2。 礦井地質(zhì)水文情況為中等—復(fù)雜。 二采區(qū)附近的主要構(gòu)造有大中型斷層和地質(zhì)褶曲， 已探明的大斷層有F3、F99、F88、F131及F150， 附近斷層運動牽引從而形成地層上的褶曲。 局部受大中小構(gòu)造斷裂影響，地層產(chǎn)狀結(jié)構(gòu)變化大，煤、巖層產(chǎn)生裂隙、滑面并持續(xù)發(fā)育，導(dǎo)致圍巖抗壓強度降低、巷道揭露的煤、巖層內(nèi)裂隙發(fā)育，巖性破碎。 針對上述圍巖性質(zhì)變化，根據(jù)不同地質(zhì)條件分別提出不同種類聯(lián)合支護工藝。

2 支護工藝

根據(jù)掘進期間巷道經(jīng)過陷落柱、斷層破碎帶和嚴重褶曲變形等地質(zhì)構(gòu)造帶的不同地質(zhì)條件，采用不同的支護工藝。

2.1 中等穩(wěn)定以上的圍巖

在剛進入二采區(qū)200 m 范圍時，煤層起伏變化不大、沒有大型斷層，巷道采用錨網(wǎng)噴+ 錨索聯(lián)合支護，錨桿規(guī)格為Ф22 mm×2 400 mm 樹脂錨桿，間、排距為800 mm×800 mm。 每個錨桿端頭使用錨固劑： 一支CK2835 型和一支Z2850 型； 鐵托盤150 mm×150 mm，厚度12 mm；錨桿預(yù)緊力不小于60 kN，錨固力不低于120 kN。 同時采用高預(yù)應(yīng)力錨索對稱布置3 套， 錨索為Ф17.8 mm×6 300 mm，間、 排距3 000 mm×1 600 mm， 每根錨索使CK2835 型強粘結(jié)力的藥卷一卷和Z2850 型強粘結(jié)力的藥卷二卷，鐵托盤為300 mm×300 mm 厚度為20 mm；錨索施加的預(yù)緊力不小于80 kN，錨固力不低于150 kN。 金屬網(wǎng)采用Φ6 mm 鋼筋制作； 噴射C20 混凝土厚度150 mm。

2.2 松散、軟弱圍巖

在圍巖自身承載能力差、開挖后變形嚴重的地段時，巷道采用：U29 型鋼棚支護工藝，再架設(shè)錨索支護（錨索支護規(guī)格同上聯(lián)合支護）。 先采用U29 型高強可伸縮鋼棚架進行支護，棚距800 mm；框架棚腿上部應(yīng)加設(shè)一層墊木或采用鐵靴子，增加接觸面積，使其落到實底；架空棚頂處應(yīng)先用直徑不小于500 mm的硬質(zhì)片石充填，然后再用圓木井字形接頂、背實棚架；最后棚子與臨近棚子之間用間距500 mm 布置金屬拉桿互相緊緊結(jié)合拉住， 并初次噴射20～30 mm厚的C20 混凝土。 利用U29 型鋼拱形可縮支架的可縮性能和一定的支撐能力強化對巷道頂部和兩側(cè)的變形承讓和約束能力，待25～30 天、巷道周圍圍巖應(yīng)力和巷道支護穩(wěn)定后，再補打錨索進行加強支護。 最后，再次噴射120～130 mm 厚的C20 防水、補強微膨脹混凝土。 U29 型鋼結(jié)構(gòu)棚架+錨索板和支護板的工藝結(jié)構(gòu)布置圖設(shè)計見圖1。

圖1 U29 型鋼棚架+錨索支護工藝布置

2.3 破碎帶

先超前預(yù)注“馬麗散”粘合液，掘后及時架設(shè)U型鋼可收縮棚架、后補錨索并補注“馬麗散”液（架棚、補錨施工工藝同上）。

（1）預(yù)注“馬麗散”補強結(jié)構(gòu)材料。 馬麗散是一種低粘度、雙組分氧化合成高分子—甲基聚亞胺酸酯膠脂的原材料。 它不僅能很好地將水滲入細小地層裂縫中，同時具有極好的裂縫粘合作用。 在地層裂隙運動形成很強的裂縫粘合，其良好的柔韌作用性能使圍巖能有效承受較大地層重力作用；同時可與地下水相互反應(yīng)形成封閉泄水孔洞，能有效提高地層圍巖的支撐力，機械運動阻力高，遇到積水后可膨脹25 倍。 馬麗散液與注漿催化劑的質(zhì)量：質(zhì)量精度配合比為1：1.17； 采用雙液壓式注漿輸送系統(tǒng)，多功能風(fēng)動式注漿泵，壓力一般要求在4～7 MPa。

（2）預(yù)注“馬麗散”施工工藝:材料打眼→人工埋設(shè)大型注漿壓力管→用高壓注漿水槍直接連接安裝注漿泵和安裝注射槍→開泵進行注漿→注水達到材料設(shè)計注漿壓力→用水沖洗注漿機具→停泵→拆卸安裝注射泵和注漿槍。

（3）采用物探等先進技術(shù)結(jié)合巷道斷層揭露的煤、巖層變化情況，在接近斷層破碎區(qū)域10 m 時，布置2 個超前預(yù)注漿孔來連續(xù)加固斷層頂板巖層，仰角25°～40°；連續(xù)布置2 個超前預(yù)注漿的注漿孔來連續(xù)加固斷層帶墻體巖層， 側(cè)角40°～50°，孔深6～8 m，排距4～5 m。沿巷道掘進方向連續(xù)布置超前注漿孔見圖2。

圖2 預(yù)注馬麗散材料孔布置形式

（4）根據(jù)圍巖注漿效果和巷道頂板圍巖破碎嚴重程度，適當(dāng)適時調(diào)整注漿排距變動控制在800 mm至500 mm 范圍內(nèi)。

（5）停止預(yù)注“馬麗散”材料并封閉壓漿孔。 待“馬麗散”材料干燥后，在變形嚴重的巷道上補打錨索，并噴射150 mm 厚的C20 混凝土，形成聯(lián)合支護體系，增強破碎巷道支護結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力。加注“馬麗散”材料布置見圖3。加注“馬麗散”材料布置孔在拱部對稱布置5 個注漿孔來加固頂板巖層，孔深6 m；在兩直墻分別布置2 個注液孔加固墻及底板巖層，俯角25°～40°，孔深6 m；布孔排距3～5 m。

圖3 加注馬麗散材料孔布置形式

3 支護觀測效果

為了檢驗其支護效果， 在巷道掘進支護完畢后，設(shè)置多個觀測點，進行觀測數(shù)據(jù)。 分別進行錨桿錨索受力監(jiān)測、拱部頂板下沉量觀測、兩幫墻體收縮量觀測等。 通過以圖4 觀測點1 巷道位移觀測圖觀測數(shù)據(jù)可知：隨著掘進工作面推進，巷道位移量逐漸趨于穩(wěn)定； 拱部最大下沉量控制在150～170 mm，巷道頂板支護效果明顯； 兩幫墻體收縮量最大235 mm，滿足巷道安全使用要求。

圖4 觀測點1巷道位移觀測

4 結(jié)語

針對中、大型斷面巷道圍巖應(yīng)力值高、松動范圍比較大、 巷道墻體變形相對較為嚴重的支護特點，采用靈活的聯(lián)合支護圍巖技術(shù)，有效控制改善了巷道拱部、墻體的圍巖受力狀況，使圍巖松動變形降低，自身承載力得到極大提高，抗沖擊變形性能顯著增強，支架結(jié)構(gòu)無較大程度變形，噴體結(jié)構(gòu)無明顯鼓起開裂、剝落松動現(xiàn)象，底鼓得到控制；有效降低后期巷道返修維護量，減少巷道返修維護費用，取得了很好的社會經(jīng)濟效益。

1）圍巖自身擁有承載能力時，采用錨網(wǎng)噴+ 錨索聯(lián)合支護原理，主動對圍巖施加預(yù)應(yīng)力，改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，防止巖體片幫和頂板冒落，提高圍巖的整體性。

2）圍巖自身承載能力差時，采用的U29 型可收縮鋼棚支護工藝作為被動支護，同時支架對圍巖變形有適當(dāng)?shù)南驴s，能有效適宜地壓大、軟地層的大斷面巷道。

3）圍巖自身破碎時，預(yù)注“馬麗散”圍巖封閉材料能有效的防止巷道斷面的片幫和頂板冒落，降低巖體的松散性，提高圍巖的整體性。