鄭樹權(quán)，李景濤

(龍煤集團(tuán)雙鴨山分公司東榮二礦，黑龍江 雙鴨山 155142)

由于缺乏可靠小地質(zhì)構(gòu)造資料，當(dāng)巷道掘進(jìn)盲目揭露地質(zhì)破碎帶時，長出現(xiàn)圍巖跨落、巷道冒頂?shù)劝踩鹿?，影響巷道掘進(jìn)施工安全技術(shù)速度，在圍巖控制上也只能待破碎帶冒落穩(wěn)定后進(jìn)行，無有效可行辦法。且目前雙鴨山礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育區(qū)支護(hù)方法比較傳統(tǒng)，一直以架木垛、工字鋼金屬支架、U型金屬支架為主，工程量大，操作安全性差，支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，在受到采動應(yīng)力影響后易發(fā)生支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、冒頂?shù)仁鹿省?/p>

1 “探、注、錨”支護(hù)技術(shù)理念

常規(guī)巷道圍巖的支護(hù)理論和技術(shù)更多的是僅從支護(hù)前的巷道工程地質(zhì)條件出發(fā)，采用靜態(tài)的觀點分析問題，很少從巷道維護(hù)的全過程出發(fā)，也很少考慮開挖后圍巖對支護(hù)的動態(tài)力學(xué)響應(yīng)，采用常規(guī)支護(hù)時，巷道在整個維護(hù)期間穩(wěn)定性都在降低，圍巖賦存狀態(tài)始終處于劣化狀態(tài)，因而很多軟巖巷道穩(wěn)定性問題解決的不夠理想。20世紀(jì)80年代以后，巷道圍巖控制技術(shù)快速發(fā)展，支護(hù)圍巖關(guān)系的認(rèn)識更加深入，圍巖不僅被看作傳遞和產(chǎn)生載荷的介質(zhì)，同時也是與各種在其內(nèi)部或外部支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)物構(gòu)成統(tǒng)一的、相互作用的共同承載體[1-2]。因此加固圍巖以改善和提高圍巖本身的力學(xué)性能已成為支護(hù)技術(shù)發(fā)展的主流，采用先進(jìn)科學(xué)的維護(hù)技術(shù)能夠改善或保持圍巖的穩(wěn)定性，滿足工程要求。本課題組提出“探、注、錨”深部破碎圍巖巷道支護(hù)技術(shù)原理包括如下幾個要點。

“探”以探測為先導(dǎo)，對巷道圍巖進(jìn)行預(yù)探，即在巷道掘進(jìn)前通過鉆探、物探技術(shù)對巷道圍巖進(jìn)行超前探測，以探明巷道掘進(jìn)前方圍巖變化情況；當(dāng)探測出巷道掘進(jìn)前方存在地質(zhì)構(gòu)造或圍巖破碎時，以及巷道掘進(jìn)后由于應(yīng)力變化導(dǎo)致巷道圍巖破碎時，通過注漿錨桿對破碎圍巖進(jìn)行注漿加固圍巖，同時注漿錨桿本身的全長錨固作用使注漿后的破碎圍巖承載能力明顯提高。

“注”通過注漿技術(shù)，對破碎煤巖體進(jìn)行注漿加固，使破碎圍巖重新形成穩(wěn)定的整體，人為形成一個承載結(jié)構(gòu)，改變原有破碎圍巖力學(xué)狀態(tài)，充分發(fā)揮煤巖體的自身承載能力，在防止圍巖進(jìn)一步破碎同時，達(dá)到控制圍巖目的。

“錨”結(jié)合錨注支護(hù)技術(shù)，通過注漿錨桿[3]的注漿加固，形成全長錨固，使破碎圍巖內(nèi)形成穩(wěn)定的全長錨固結(jié)構(gòu)，不僅在注漿錨桿長度范圍內(nèi)形成錨固作用，同時通過注漿體擴(kuò)大了注漿錨桿的錨固范圍，增強(qiáng)了錨桿在圍巖中的錨固能力，使圍巖與支護(hù)體之間形成更穩(wěn)定的整體，達(dá)到控制破碎圍巖的效果。

2 “探、注、錨”支護(hù)技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)手段研究

2.1 探測技術(shù)

利用瑞利波探測儀，對巷道掘進(jìn)工作面進(jìn)行超前探測，分析掘進(jìn)前方80m范圍內(nèi)明顯地質(zhì)異常，結(jié)合地質(zhì)資料明確地質(zhì)異常屬性、賦存位置，掌握構(gòu)造帶準(zhǔn)確位置。當(dāng)巷道掘進(jìn)至構(gòu)造區(qū)破碎帶前一定距離時，施工破碎圍巖巷道快速通過及控制技術(shù)。

2.2 錨注支護(hù)技術(shù)

“探、注、錨”支護(hù)技術(shù)中的“注”和“錨”通過注漿錨桿將破碎圍巖注漿加固與打設(shè)全長錨固錨桿兩種加固手段以及操作工藝流程有機(jī)結(jié)合，使“注”、“錨”一體化。

2.2.1 錨注支護(hù)加固機(jī)理

1)采用注漿錨桿注漿，可以利用漿液封堵圍巖的裂隙，隔絕空氣，防止圍巖風(fēng)化，且能防止圍巖被水浸濕而降低圍巖的本身強(qiáng)度。

2)注漿錨桿注漿后將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體，提高了巖體的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角及彈性模量，從而提高了巖體強(qiáng)度，可以實現(xiàn)利用圍巖本身作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分。

3)注漿錨桿注漿后使得噴層壁后充填密實，這樣保證荷載能均勻地作用在噴層和支架上，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中點而首先破壞。

4)利用注漿錨桿注漿充填圍巖裂隙，配合錨噴支護(hù)，可以形成一個多層有效組合拱，即噴網(wǎng)組合拱、錨桿壓縮區(qū)組合拱及漿液擴(kuò)散加固拱，形成的多層組合拱結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效承載范圍，提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力。

5)注漿后使得作用在拱頂上的壓力能有效傳遞到兩墻，通過對墻的加固，又能把荷載傳遞到底板。由于組合拱厚度的加大，這樣又能減小作用在底板上的荷載集中度，從而減小底板巖石中的應(yīng)力，減弱底板的塑性變形，減輕底朦。底板的穩(wěn)定，有助于兩墻的穩(wěn)定，在底板、兩墻穩(wěn)定的情況下又能保持拱頂?shù)姆€(wěn)定;頂板的穩(wěn)定不僅僅取決于頂板荷載，在非破碎帶中關(guān)鍵取決于底板和兩墻的穩(wěn)定，因此注漿支護(hù)的又一個重點就是保證兩幫與底板的穩(wěn)定，從而保證整個支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[4]。

6)注漿錨桿本身為全長錨固的錨桿，通過注漿也使端錨的普通錨桿變成全長錨固錨桿，從而將多層組合拱聯(lián)成一個整體，共同承載，提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性。

7)注漿使得支護(hù)結(jié)構(gòu)面尺寸加大，圍巖作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載所產(chǎn)生的彎距減小，從而降低了支護(hù)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，因此能承受更大的荷載，提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力，擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性。

8)注漿后的圍巖整體性好，與原巖形成一個整體，從而能在構(gòu)造應(yīng)力作用下保持穩(wěn)定而不易產(chǎn)生破壞[5-7]。

2.2.2 錨注施工工藝

1)注漿施工機(jī)具。氣動雙液注漿泵以其使用輕便，環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)，操作簡單等優(yōu)點是目前煤礦井下注漿的理想設(shè)備，但現(xiàn)有雙液泵的漿液比例是固定的，無法滿足前述水泥-水玻璃雙液漿的合理比例。通過與鎮(zhèn)江煤礦機(jī)械有限公司協(xié)調(diào)，設(shè)計生產(chǎn)了適用于煤礦井下水泥-水玻璃雙液漿固定比例的特種圍巖加固注漿泵，是錨注支護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備。

2)注漿材料。水泥-水玻璃雙液漿以凝固速度快，成本低的特點，在礦井裂隙堵水治理中廣泛應(yīng)用，通過對不同比例、材質(zhì)的水泥-水玻璃漿液配比試驗，最終確定硅酸鹽水泥與水玻璃的合理配比，該漿液能在可控時間內(nèi)凝固，達(dá)到控制注漿范圍、迅速膠結(jié)破碎圍巖的效果。

3)注漿施工工藝及系統(tǒng)。破碎圍巖錨注施工工藝流程圖如圖1所示，注漿系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖1 錨注施工工藝流程圖

圖2 注漿系統(tǒng)示意圖

3 “探、注、錨”地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖控制技術(shù)應(yīng)用情況

雙鴨山礦區(qū)多數(shù)礦井開采年限已達(dá)30年，開采深度達(dá)到750m，尤其地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域的煤礦，巷道圍巖控制是影響礦井安全高效生產(chǎn)的主要制約因素。 “探、注、錨”支護(hù)技術(shù)，在東榮三礦、東榮二礦、安泰煤礦進(jìn)行了長期應(yīng)用，為雙鴨山礦區(qū)深部巷道快速掘進(jìn)及圍巖控制解決了實際問題，以最少得成本、工期投入，代替了巷探及傳統(tǒng)圍巖加固施工，取得了非常理想的效果。

4 結(jié)論

針對目前深部開采礦井巷道圍巖控制難題，尤其地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育區(qū)巷道掘進(jìn)及圍巖控制困難的現(xiàn)象，研究提出了“探、注、錨”地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道圍巖控制技術(shù)，在雙鴨山礦區(qū)取得了成功應(yīng)用，為煤礦解決了生產(chǎn)技術(shù)難題，是礦井圍巖控制安全、環(huán)保、有效、可靠的新技術(shù)結(jié)合。

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