文/徐書航 張素磊

平煤股份十一礦-593北石門是一條主要運(yùn)輸巷道，地質(zhì)條件復(fù)雜，由于巖性較差，圍巖出現(xiàn)松散、軟弱的特性，再加上巷道處于斷層附近礦山壓力大等因素，嚴(yán)重影響了巷道的穩(wěn)定性，出現(xiàn)頂板下沉，底鼓，尖頂，兩幫內(nèi)擠等破壞現(xiàn)象，以致要進(jìn)行大量的維修，從而大大增加了維修費(fèi)用。經(jīng)過分析研究，采用錨網(wǎng)噴+錨索+36U型鋼支架+注漿聯(lián)合協(xié)同支護(hù)，取得了良好的效果。

一、地質(zhì)條件

-593北石門巷道地質(zhì)條件復(fù)雜，埋深大，平均埋深720m，垂直方向地應(yīng)力達(dá)到18MP，且巷道穿過張莊逆斷層，所在巖層主要包括有砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、泥巖和煤等，由于巖性較差，圍巖出現(xiàn)松散、軟弱的特性，其中粉砂巖、泥巖遇水極易膨脹、破碎。

二、原支護(hù)及復(fù)修方式存在的問題

原設(shè)計斷面為半圓拱形，斷面凈寬4400mm，凈高 3700mm，初始采用 Φ20×2000mm等強(qiáng)錨桿配鋼笆網(wǎng)，噴漿支護(hù)。由于巷道失修嚴(yán)重，先后進(jìn)行了4次返修。分別用29U型鋼支護(hù)；錨噴+注水泥漿支護(hù)；錨網(wǎng)噴+錨索支護(hù)；36U型鋼支護(hù)。但效果均不明顯，經(jīng)過4～5個月后巷道兩幫收縮及底鼓現(xiàn)象已經(jīng)顯現(xiàn)，巷道頂?shù)装迨諗苛窟_(dá)到1700mm，巷道兩幫收斂達(dá)到1000mm，失修嚴(yán)重。

通過現(xiàn)場調(diào)查，目前平煤股份十一礦深部巷道使用維護(hù)過程中存在的主要問題是：

1.支護(hù)強(qiáng)度不夠，且難以形成支護(hù)的整體性。

2.錨桿支護(hù)未形成有效的主動支護(hù)。

3.采用錨噴+錨索支護(hù)，由于錨桿、錨索依次受力，形不成協(xié)同支護(hù)。錨桿由于預(yù)應(yīng)力小、錨索預(yù)應(yīng)力很大，造成開挖初期錨索獨(dú)自受力，在淺部開采時該問題不突出，但在深部開采時，錨索將由于不能承受大變形而破斷；依次錨桿滯后錨索受力，錨桿、錨索不能形成合力，支護(hù)效果大大降低。

4.采用U型支護(hù)，圍巖強(qiáng)度得不到有效加強(qiáng)，當(dāng)巷道周邊的應(yīng)力超過巖體的長期強(qiáng)度極限時，巖石將呈現(xiàn)塑性變形，變形并不隨時間而衰減，隨著巷道圍巖的應(yīng)力釋放，出現(xiàn)的應(yīng)力降低圈周邊巖石逐漸松動，向巷內(nèi)移動變形，由于支護(hù)阻力較小，而導(dǎo)致破碎圍巖的碎脹。支架在圍巖地壓作用下，承受側(cè)壓力和不均勻的載荷，產(chǎn)生彎曲力矩造成支架達(dá)到屈服極限后破壞。

三、大埋深、高地應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)方案及支護(hù)參數(shù)確定

1.協(xié)同聯(lián)合支護(hù)方案

協(xié)同支護(hù)是指在現(xiàn)有理論基礎(chǔ)和支護(hù)類型的基礎(chǔ)上，在支護(hù)設(shè)計中，分析各支護(hù)構(gòu)件之間的相互影響、相互作用關(guān)系，以及圍巖荷載在它們之間的相互轉(zhuǎn)移關(guān)系，充分考慮支護(hù)體的材料性能、支護(hù)性能以及對圍巖支護(hù)作用范圍的相互協(xié)同性，以保證各支護(hù)體相互補(bǔ)充，互相協(xié)調(diào)，共同作用，合理發(fā)揮各種支護(hù)構(gòu)件的工作性能，實(shí)現(xiàn)主動支護(hù)，并產(chǎn)生1＋1≥2的“團(tuán)隊”作用。

（1）通過注漿將破壞區(qū)的圍巖膠結(jié)成整體，提高巖體粘聚力和內(nèi)摩擦角，強(qiáng)化巖體的力學(xué)性能。

（2）采用錨網(wǎng)噴+錨索：選擇合適的錨桿、錨索與預(yù)應(yīng)力協(xié)同支護(hù)。采用錨桿、錨索組合支護(hù)，關(guān)鍵就是協(xié)同作用（同步承載和剛度匹配）。按目前的施工機(jī)具，高性能錨桿的安裝預(yù)應(yīng)力僅為20～30kN，因而錨索的預(yù)應(yīng)力一般不應(yīng)超過80～100kN，才能形成同步承載。

通過對錨桿、錨索的不同預(yù)應(yīng)力匹配進(jìn)行數(shù)值模擬，得知對錨桿施加40kN的預(yù)應(yīng)力與錨索120～140kN的預(yù)應(yīng)力協(xié)同性較好，而錨桿60kN的預(yù)應(yīng)力與錨索140～160kN的預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生協(xié)同性較好。

（3）與36U型鋼形成協(xié)同支護(hù)。深部巷道圍巖支護(hù)必須選擇合理的支護(hù)時機(jī)并選擇與之相適應(yīng)的支護(hù)剛度進(jìn)行協(xié)同支護(hù)。單一的U型鋼支護(hù)，在高應(yīng)力作用下（尤其是動壓）易產(chǎn)生較大的變形和局部失穩(wěn)，如果圍巖破壞后的殘余強(qiáng)度很低，則會導(dǎo)致巷道圍巖自承能力大大下降，巷道處于不穩(wěn)定（失穩(wěn)）狀態(tài)。所以，單一的U型鋼支護(hù)不適合大松動圈巷道的支護(hù)，必須采用其他支護(hù)方式或與其他支護(hù)方式聯(lián)合使用形成協(xié)同支護(hù)。

因此本方案采用錨網(wǎng)噴+錨索+36U型鋼支架+注漿聯(lián)合協(xié)同支護(hù)。

2.支護(hù)參數(shù)

帶肋螺紋鋼錨桿Φ22×2400mm，間排距700×700mm，網(wǎng)采用Φ6mm鋼筋焊接網(wǎng)，錨索Φ17.8×7500mm、Φ17.8×4500mm，兩種規(guī)格，間排距 1400×1400mm，每排7根；注漿采用Φ19.05mm鋼管長度2500mm，孔排距4m，五個孔的分布為頂板中心一個孔，垂直于頂板，兩幫距底板0.6m處各布置一個向下30°的孔，兩幫距底板2m處垂直于兩幫布置兩個孔；36U型鋼支架規(guī)格為4574×3700mm，棚距 600。

3.施工工藝

施工順序為：人工擴(kuò)幫拉底至設(shè)計尺寸，錨網(wǎng)加錨索噴漿，架36U型鋼支架支護(hù)，噴漿封閉，注漿。

（1）注漿材料。選用德國巴斯夫公司的產(chǎn)品美固364。

（2）注漿設(shè)備。ZBQS-12/10雙液壓泵。

（3）注漿工藝。美固364是一種快速反應(yīng)的雙組分膠結(jié)固化劑，需用專用的注漿設(shè)備泵送注入煤巖體裂隙內(nèi)。要求雙液注漿泵注漿壓力5～15MPa，保證兩組分按照體積比1∶1充分混合；在需要進(jìn)行加固區(qū)域的煤巖壁上布孔，根據(jù)煤巖體的巖性、破碎程度、裂隙發(fā)育程度、裂隙發(fā)展方向，結(jié)合美固364自身的特性，決定在煤巖壁上注漿孔的深度、方向、間排距；將注漿管塞入注漿孔，并把注漿管和注漿孔之間的空隙用水泥封好，封孔越深越嚴(yán)實(shí)越好；如果注漿壓力超過15MPa或者煤巖壁漏漿嚴(yán)重則表明該區(qū)域已經(jīng)注好，需要換孔進(jìn)行下一輪注漿，每個孔注漿量最好不超過400kg。

（4）注意事項。注漿泵要放置平穩(wěn)，且位于支護(hù)、通風(fēng)良好的地方；注漿材料要置于注漿泵附近，并保證沒有積水的地方；風(fēng)管與注漿泵連接必須采用安全接頭，并保證連接牢固、可靠；連接吸管與輸液管，并保證A組分與B組分的吸管與輸液管分別正確連接在A、B化學(xué)缸上；檢查兩組流量是否相同，并通過調(diào)節(jié)閥使A、B組分的流量達(dá)到1∶1的要求。

四、礦壓觀測及支護(hù)效果分析

每間隔30～40m設(shè)立一個測站，每站設(shè)立不少于2組測點(diǎn)，每組測點(diǎn)間距不超過15m，每組分別在頂、底、兩幫中部布設(shè)測點(diǎn)測量。通過對巷道圍巖變形情況監(jiān)測結(jié)果，進(jìn)行整理得出：三個月內(nèi)巷道頂板收斂120mm，兩幫收斂量為135mm，底板變形量為145mm，巷道圍巖得到了有效控制，該段巷道采用該技術(shù)后未出現(xiàn)巷道失修現(xiàn)象，達(dá)到了較好支護(hù)效果。

此次十一礦-593北石門在大埋深、高地應(yīng)力修復(fù)巷道中采用錨網(wǎng)噴+錨索+36U型鋼支架+注漿聯(lián)合協(xié)同支護(hù)后，巷道沒有變形，區(qū)域頂板和兩幫未進(jìn)行維修，聯(lián)合協(xié)同支護(hù)效果明顯，大大降低了巷道的維修量。