深部軟巖巷道“雙殼”支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用

任俊峰

【摘 要】 文章針對深部軟巖巷道傳統(tǒng)錨網(wǎng)索加固方式支護(hù)效果不佳的情況，以萬年礦南二行人下山上段為工程背景，采用“雙殼”支護(hù)技術(shù)對巷道圍巖進(jìn)行加固處理。通過現(xiàn)場實(shí)踐及礦壓監(jiān)測結(jié)果表明：采用該支護(hù)形式后，巷道圍巖頂板下沉量減少了12.3mm，巷道兩幫橫向變形量減少了14.6mm，且巷道頂板圍巖內(nèi)部離層值相對較小，比原支護(hù)形式更能有效控制巷道圍巖的變形。

【關(guān)鍵詞】 深部巷道;軟巖;“雙殼”支護(hù);圍巖控制

【中圖分類號】 TD353 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）06-0019-02

目前煤礦開采逐漸向深部發(fā)展，由此帶來的地應(yīng)力大、地溫高、地質(zhì)環(huán)境較差等問題，導(dǎo)致深部軟巖巷道圍巖發(fā)生顯著變形以及軟巖巷道圍巖支護(hù)困難的情況，嚴(yán)重制約著深部礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用。因此許多專家學(xué)者在高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)方面進(jìn)行了大量研究，孟慶彬等對深部高應(yīng)力破碎軟巖巷道圍巖的變形機(jī)理進(jìn)行了研究，并提出了“錨網(wǎng)索噴+U型鋼支架+注漿+底板錨注”的支護(hù)方式。宋沛鑫采用錨網(wǎng)索+注漿+錨注+噴漿的支護(hù)方式控制動(dòng)壓影響下的軟弱泥巖巷道圍巖的變形，并驗(yàn)證了其可行性。許文靜分析了巷道動(dòng)壓對巷道圍巖支護(hù)影響。以上專家學(xué)者是通過對巷道圍巖的淺部進(jìn)行錨桿、注漿支護(hù)，并沒有對深部圍巖進(jìn)行支護(hù)加固，阻隔深部巖體高地應(yīng)力的傳播。

本文依據(jù)以上專家學(xué)者的研究成果，針對某礦高應(yīng)力軟巖巷道的工程地質(zhì)特點(diǎn)，提出了“雙殼”支護(hù)方案，深淺殼體形成的支護(hù)體系可以有效減小巷道圍巖破壞范圍，現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果驗(yàn)證了該支護(hù)方案的可行性，此研究結(jié)果可為類似工程地質(zhì)條件下的高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)技術(shù)提供借鑒與參考。

1 工程概況

南二行人下山位于南二采區(qū)，其埋深900m，巷道圍巖主要為泥巖及粉砂巖，主要呈灰黑色，薄層狀結(jié)構(gòu)，巖石強(qiáng)度較低，且地應(yīng)力較高，同時(shí)運(yùn)輸巷道的斷面相對較大，屬于典型的高應(yīng)力軟巖巷道。鉆孔柱狀圖及煤巖體力學(xué)參數(shù)如圖1和表1所示。

2 深部軟巖巷道變形特征及影響因素分析

由于高應(yīng)力軟巖巷道圍巖的巖體強(qiáng)度較低以及賦存的高地應(yīng)力，導(dǎo)致巷道支護(hù)難度較大，其主要控制因素為圍巖體的巖性特征，軟巖巷道圍巖的巖體與水易發(fā)生反應(yīng)，出現(xiàn)泥化、崩裂等現(xiàn)象。如果未采用有效的支護(hù)方式進(jìn)行控制，巷道圍巖將在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生變形，最終導(dǎo)致失穩(wěn)破壞。同時(shí)巖體中的膨脹性黏土礦物成分也會(huì)發(fā)生吸水或失水現(xiàn)象，導(dǎo)致巷道圍巖發(fā)生膨脹收縮，加劇了巷道圍巖的破壞程度。

3 深部軟巖巷道“雙殼”支護(hù)基本原理

3.1 “雙殼”支護(hù)基本概念

巷道“雙殼”支護(hù)理論是通過對巷道的淺部進(jìn)行錨桿、注漿支護(hù)形成淺部應(yīng)力支護(hù)殼，對巷道的深部進(jìn)一步通過錨桿、注漿加固形成深部應(yīng)力加固殼，深淺殼體形成的支護(hù)體系可以有效減小巷道圍巖破壞范圍，阻隔深部巖體高地應(yīng)力的傳播，確保巷道圍巖的穩(wěn)定性。

3.2 “雙殼”支護(hù)機(jī)理

南二行人下山上段為巖巷，采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式，由于頂板為復(fù)合頂板，巷道支護(hù)效果不佳，為了提高支護(hù)效果，采取注漿加固對圍巖進(jìn)行“改性”。通過淺孔注漿初步形成帷幕（第一道殼），起到防滲透及初步固結(jié)的作用，深孔注漿進(jìn)一步加固，同時(shí)使破碎巖石完全膠結(jié)在一起（第二道殼），更好地承載礦山壓力。

通過對巷道圍巖進(jìn)行注漿，利用漿液膠結(jié)破碎松軟巖層，填充松散巖層和空曠處，在其外圍形成完整的注漿帷幕帶和圍巖一起共同承載礦山壓力，阻止巷道周圍來壓造成的巷道變形。

與以往注漿設(shè)計(jì)方案相比，省去噴漿封閉巷道，利用“雙殼”理論中的第一道殼（即淺孔注漿）固結(jié)、封堵巷道圍巖裂隙，形成封閉的注漿空間。

4 “雙殼”支護(hù)設(shè)計(jì)及圍巖控制效果分析

4.1 “雙殼”支護(hù)設(shè)計(jì)

通過淺孔注漿初步形成一道殼，起到防滲透及初步固結(jié)的作用，淺孔注漿巷道長度100m，鉆孔排距4m，共計(jì)25排，每個(gè)斷面8個(gè)孔，孔深4m，使用JD-WJF-4型加固材料，淺孔布置斷面圖如圖2所示。

深孔注漿進(jìn)一步加固，同時(shí)使破碎巖石完全膠結(jié)在一起，形成第二道殼，深孔注漿巷道長度100m，鉆孔排距4m，共計(jì)24排，每個(gè)斷面8個(gè)孔，孔深6m，注漿壓力6-10Mpa，水灰比按0.3-0.45∶1進(jìn)行，使用JD-WJF-1型加固材料，深孔布置斷面圖以及淺孔、深孔布置平面示意圖如圖3、圖4所示。

淺孔使用JD-WJF-4型加固材料，具有良好的抗水性、凝結(jié)時(shí)間較快、高抗壓性等優(yōu)點(diǎn)，深孔使用JD-WJF-1型加固材料，具有良好耐壓、凝結(jié)時(shí)間較快、高抗壓性等優(yōu)點(diǎn)。

4.2圍巖控制效果分析

在巷道內(nèi)布置JSS30A數(shù)顯收斂計(jì)監(jiān)測巷道圍巖的變形，并根據(jù)所測數(shù)據(jù)的平均值繪制圍巖變形量曲線圖，如圖5、圖6所示。

由圖5、圖6可以看出，采用淺孔支護(hù)方案后巷道兩幫變形量較大，并不能有效控制巷道兩幫的變形量及巷道頂板的下沉量，當(dāng)深孔支護(hù)方案實(shí)施后，巷道兩幫的最大變形量減少了14.6mm，巷道頂板沉降量最大減少了12.3mm，采用“雙殼”支護(hù)方式后巷道圍巖變形得到了有效控制，說明該支護(hù)系統(tǒng)在深部軟巖巷道中充分發(fā)揮了加固圍巖的作用，有效地控制了軟巖巷道圍巖的變形。

5 結(jié)語

以萬年礦南二行人下山上段為工程背景，對深部軟巖巷道支護(hù)技術(shù)展開研究，主要得到如下結(jié)論：

對深部軟巖巷道支護(hù)提出了孔深4m注漿初步形成帷幕以及孔深6m注漿使破碎巖石膠結(jié)在一起的“雙殼”支護(hù)技術(shù)，可有效控制巷道圍巖的變形。

采用“雙殼”支護(hù)技術(shù)后，巷道兩幫的最大變形量減少了14.6mm，巷道頂板沉降量最大減少了12.3mm，說明該技術(shù)可滿足深部軟巖巷道支護(hù)的要求，支護(hù)效果良好，驗(yàn)證了方案的合理性。

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