弱膠結軟巖巷道錨網(wǎng)索耦合支護技術研究

梁曉青

（山西呂梁離石西山晉邦德煤業(yè)有限公司，山西 呂梁 033000）

引言

弱膠結軟巖巷道由于膠結程度弱,完整性較差，易破碎,具有來壓迅速，應力擾動下巷道圍巖變形敏感等特征，給巷道支護帶來難題[1]?，F(xiàn)階段礦井巷道支護技術有錨網(wǎng)索支護、讓壓支護技術、錨桿（索）注漿技術等，并對相應的支護材料進行研究，為礦井回采巷道圍巖控制提供了技術借鑒。然而以錨桿支護為核心的主動支護技術在弱膠結軟巖巷道中應用時，受到圍巖破碎、承載能力差等因素影響，往往出現(xiàn)圍巖變形嚴重問題，如何提高弱膠結巷道圍巖支護效果成為此類回采巷道圍巖支護時需要解決的現(xiàn)實問題[2-3]。本文以晉邦德礦14207 運輸巷掘進為工程背景，對弱膠結軟巖巷道圍巖支護技術進行探討，以期能更好地促進此類巷道圍巖控制。

1 礦井概況

晉邦德煤礦位于呂梁市離石區(qū)西屬巴鎮(zhèn)，井田面積13.85 km2，主要開采3#、4#煤層，井田面積9.02 km2，生產(chǎn)規(guī)模1.20 Mt/a。14207 運輸巷凈寬、凈高分別為5.0 m、4.1 m。頂板、巷幫使用的螺紋鋼錨桿規(guī)格均為Φ20mm×2400mm，間、排距分別為700mm×900 mm、800 mm×900 mm；頂板用規(guī)格Φ21.6 mm×7 300 mm錨索支護，布置形式為3-3，減排距1500mm×900 mm。3#煤層頂?shù)装鍘r性均為泥巖，通過X 衍射試驗發(fā)現(xiàn)煤層頂?shù)装迥鄮r中礦物成分中含有大量的伊利石、石英以及綠泥石等，其中綠泥石、伊利石等黏土礦物合計占比達到53.23%。3#煤層頂?shù)装迥鄮r中黏土礦物含量較高，從而導致巖層膠結性較差。通過仔細觀察發(fā)現(xiàn)，3#煤層頂?shù)装迥鄮r中裂隙發(fā)育，同時裂隙發(fā)育多集中在黏土礦物膠結位置，從而導致泥巖黏聚力降低、膠結性差，宏觀表現(xiàn)為巖層容易破壞、支承能力不足。

2 弱膠結軟巖巷道圍巖變形特征分析

晉邦德礦14207 運輸巷原采用錨桿+工字鋼對棚支護，工字鋼棚距為680 mm。但是巷道支護完成后圍巖變形量持續(xù)增加，長時間不能達到穩(wěn)定。從圍巖變形監(jiān)測結果發(fā)現(xiàn)，14207 運輸巷兩幫圍巖變形分為線性增長、趨于穩(wěn)定兩個階段。其中在線性增長階段巷幫收斂速度較快，變形速度分別達到18.3 mm/d、22.1 mm/d，且該階段持續(xù)變形時間達到30 d，現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)巷幫變形量分別可達到635 mm、729 mm。巷幫變形具有典型的軟巖巷道變形特征，巷幫變形量較大，角底內(nèi)擠明顯，部分噴層脫落[4-5]。

巷道頂板、底板變形按照增長→穩(wěn)定→增長→穩(wěn)定趨勢發(fā)展，現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)頂板、底板變形速度峰值可達到21mm/d、28 mm/d，在監(jiān)測期間頂?shù)装遄冃瘟孔畲罂蛇_400 mm、600 mm。分析巷道頂?shù)装遄冃瘟枯^大原因主要為：

1）隨著頂板下塵量增加，支護用的錨桿錨固效果弱化甚至出現(xiàn)失效問題，未能起到有效控制巖層變形目的，圍巖變形控制主要通過工字鋼架棚實現(xiàn)，即錨桿、架棚未形成耦合作用，不能整體控制巷道圍巖變形。

2）巷道頂?shù)装鍘r層均為若膠結軟巖，流變性特征明顯，在支護薄弱位置圍巖變形量明顯較大。具體巷道支護現(xiàn)場圍巖變形情況見圖1 所示。

圖1 巷道圍巖變形情況（mm）

3 圍巖支護優(yōu)化研究

3.1 支護參數(shù)

5300 運輸巷頂?shù)装鍘r層均為弱膠結軟巖，自身承載能力以及穩(wěn)定性較差，在巷道掘進過程中容易出現(xiàn)塑形變形。若巷道原支護體系失效前即采用注漿方式增強圍巖黏聚力、內(nèi)摩擦角等（主要目的是增強圍巖穩(wěn)定性及承載能力），不僅圍巖完整性得以恢復，而且可為錨桿（索）支護提供較為穩(wěn)定的錨固基礎。為此，14207 運輸巷采用錨網(wǎng)索耦合支護方式，具體巷道支護斷面見圖2 所示。

圖2 巷道支護示意圖（mm）

具體圍巖支護工藝為：

1）噴射混凝土。由于14207 運輸巷圍巖為弱膠結泥巖，巷道開挖暴露后在空氣、水等作用下容易風化，從而加劇圍巖變形，為此，巷道掘進完成后應及時噴漿封閉圍巖。噴漿形成的混凝土厚度為50 mm，強度為C20。

2）錨桿、金屬網(wǎng)以及金屬支架施工。表層噴漿完成后，使用規(guī)格椎22 mm×2 600 mm 錨桿支護，間排距為700 mm×800 mm，配套使用200 mm×200mm×12 mm 托盤；表層使用網(wǎng)格100 mm×100 mm 金屬網(wǎng)片，網(wǎng)片尺寸為2 000 mm×1 000 mm。在巷道使用U36 型鋼組成鋼支架對圍巖變形進行控制，采用的鋼支架間距為800 mm。

3）全斷面錨注施工。中空注漿錨索規(guī)格為椎35mm×7 000 mm，間距、排距分別為2 100 mm、1 600mm；中空注漿錨桿規(guī)格為椎25 mm×2 500 mm，頂板布置的中空注漿錨桿間距、排距分別為2 100 mm、1 600 mm，每排布置4 根；巷幫中空注漿錨桿間距、排距均為1 400 mm。用中空注漿錨桿+槽鋼控制底鼓，錨桿間排距為1 600 mm×800 mm，兩側錨桿均外插15°角。全斷面注漿漿液均采用普通硅酸鹽水泥，并添加一定量ACZ-1 添加劑，添加劑使用量為水泥用量的4%～6%。注漿漿液水灰質量比0.7∶1～1∶1，注漿壓力2.0 MPa～3.0 MPa。

3.2 巷道圍巖變形控制效果

晉邦德礦為驗證優(yōu)化后巷道支護效果，對14207運輸巷完成支護后，每隔50 m 布置一個測站監(jiān)測圍巖變形。變形監(jiān)測使用的設備型號為JSS30A，監(jiān)測共計耗時6 個月，監(jiān)測期間頂?shù)装彘g變形量控制在53 mm、巷幫變形量控制在42.5 mm 以內(nèi)，取得較為顯著的圍巖控制效果。

4 結論

1）晉邦德礦14207 運輸巷頂?shù)装鍘r性均為弱膠結泥巖，且泥巖內(nèi)部含有較多的黏土成分，內(nèi)部裂隙較為發(fā)育，巷道原支護方式不能有效控制圍巖變形，使得巷道頂?shù)装?、巷幫變形量較大，難以滿足巷道后續(xù)使用安全。

2）提高圍巖自身承載能力以及穩(wěn)定性是控制此類巷道變形的關鍵所在，為此提出綜合使用錨網(wǎng)索耦合支護方式，并依據(jù)現(xiàn)場實際情況對支護參數(shù)進行設計。使用全斷面錨注增強圍巖自身承載能力、高強錨桿網(wǎng)以及鋼架提高圍巖支護強度，從而有效控制巷道變形。現(xiàn)場應用后，巷道頂?shù)装?、巷幫變形收斂量分別控制在53 mm、42.5 mm，巷道圍巖變形得到有效控制。