【摘 要】針對鶴煤三礦深部軟巖巷道難以支護(hù)問題，在分析巷道破壞影響因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合預(yù)應(yīng)力中空注漿錨索的優(yōu)點(diǎn)，提出了在套架U型棚的基礎(chǔ)上采用中空注漿高強(qiáng)錨注加固補(bǔ)強(qiáng)方案。工程實(shí)驗(yàn)表明，該修復(fù)方案有效的控制了巷道圍巖變形，取得了良好的支護(hù)效果。

【關(guān)健詞】深井高地應(yīng)力 破碎圍巖 預(yù)應(yīng)力注漿錨索 全長錨固

一、概況

鶴煤三礦31采區(qū)軌道上山為典型的深井高地應(yīng)力軟巖巷道，其埋深超過600m，巷道沿二1煤底板施工，巷道圍巖主要為砂質(zhì)泥巖、中細(xì)砂巖、炭質(zhì)泥巖和二1煤等。由于受多次構(gòu)造運(yùn)動的擠壓和剪切作用，圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)面異常發(fā)育，圍巖體本身的強(qiáng)度并不高且仍處于較高的殘余構(gòu)造應(yīng)力影響中。巷道斷面為直墻半圓拱形，巷道凈斷面：4.2m×3.8m，初始支護(hù)方案主要采用套架U36型鋼棚。巷道掘進(jìn)過程中，造成巷道變形嚴(yán)重，圍巖變形量大、變形速度快，變形持續(xù)時(shí)間長，U型棚受擠壓變形嚴(yán)重，鉆孔窺視結(jié)果表明，巷道頂板變形破壞深度已達(dá)8m左右。

二、影響巷道變形破壞因素分析

通過對鶴煤三礦31采區(qū)軌道上山現(xiàn)場調(diào)研，總結(jié)巷道變形破壞影響因素分析如下：

（一）巷道埋藏深，圍巖長期處于高地應(yīng)力場中。軌道上山原巖應(yīng)力測試結(jié)果表明：原巖應(yīng)力場的第1主應(yīng)力為水平應(yīng)力，水平最大主應(yīng)力29.2～36.7MPa，最小水平主應(yīng)力和垂直應(yīng)力分別為16.52Mpa、18.83MPa。最大主應(yīng)力方向與鶴煤三礦31采區(qū)軌道上山走向幾乎垂直。現(xiàn)有的理論研究及實(shí)踐結(jié)果都表明[1-3]：最大水平主應(yīng)力方向與巷道軸向垂直時(shí)，影響最大。

（二）巷道受斷層構(gòu)造影響，圍巖完整性差，具有較強(qiáng)的親水性。鶴煤三礦31采區(qū)軌道上山區(qū)域斷層構(gòu)造復(fù)雜，受多次構(gòu)造運(yùn)動的擠壓和剪切作用，巷道圍巖巖性雖然以中細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖為主，巖塊本身強(qiáng)度相對較高，但對巖體而言，由于受斷層構(gòu)造影響，內(nèi)部節(jié)理、層理、裂隙等結(jié)構(gòu)面眾多，圍巖體本身的強(qiáng)度并不高。

（三）無控底措施。巷道底臌嚴(yán)重，掘進(jìn)初期巷道底板并未采取有效支護(hù)措施，且頻繁臥底在給巷道圍巖帶來二次擾動的同時(shí)也加劇了圍巖的破壞程度。

（四）巷道原始支護(hù)方案不合理。巷道原始支護(hù)方案主要采用套架U型棚。U型棚屬于被動支護(hù)，圍巖應(yīng)力集中或背頂不均勻存在偏載現(xiàn)象，無法均勻有效地傳遞載荷，難以與圍巖共同形成承載結(jié)構(gòu)，后期雖然補(bǔ)打了6m錨索進(jìn)行二次支護(hù)，但現(xiàn)場鉆孔窺視結(jié)果表明，頂板巖層多個(gè)層位產(chǎn)生離層，肩窩部位圍巖內(nèi)部的破裂、裂隙等也非常發(fā)育，因此，普通架棚及錨網(wǎng)支護(hù)是無法適應(yīng)此類巷道。同時(shí)，由于大量離層、破裂面所形成的自由空間，僅采用普通錨索補(bǔ)強(qiáng)也很難獲得預(yù)期效果。

三、預(yù)應(yīng)力中空注漿錨索在31采區(qū)軌道上山修復(fù)中的應(yīng)用

（一）31采區(qū)軌道上山修復(fù)技術(shù)對策分析

雖然U型棚由于具有高阻、可縮特性和護(hù)表能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地控制高應(yīng)力作用下巷道淺部圍巖產(chǎn)生的強(qiáng)烈剪脹變形。但由于U型棚本身與圍巖的相互作用關(guān)系很差，且現(xiàn)有的巷道掘進(jìn)支護(hù)工藝，都不可避免的造成U型棚局部承載，使U型棚拱頂和可縮性構(gòu)件處受集中載荷影響率先破壞，從而使U型棚的理論承載能力難以發(fā)揮[1]。通過采用在肩窩和拱頂?shù)汝P(guān)鍵部位補(bǔ)打預(yù)應(yīng)力錨索，可以改善圍巖受力狀況，提高圍巖體強(qiáng)度并形成共同承載結(jié)構(gòu)。但錨索支護(hù)對地質(zhì)條件有較高的依賴性，31采區(qū)軌道上山淺部圍巖破碎嚴(yán)重，致使錨索預(yù)應(yīng)力極易衰減，其深部圍巖裂隙發(fā)育，又致使錨索缺少穩(wěn)定的著力基礎(chǔ)，因此錨固性能相對較差，難以形成穩(wěn)定、有效的承載整體結(jié)構(gòu)。而通過注漿則可改變結(jié)構(gòu)面發(fā)育的圍巖的松散結(jié)構(gòu)，并阻止水對親水性較強(qiáng)巖體的侵蝕，提高圍巖粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角，從而提高圍巖的自身承載能力，使作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的載荷降低[4-6]；注漿還可以充填U型棚壁后充填更加密實(shí)，改善U型棚受力狀況和提高U型棚承載能力，實(shí)現(xiàn)U型棚-圍巖共同承載。與此同時(shí)，通過注漿形成的圍巖加固圈也為錨索提供穩(wěn)定的著力基礎(chǔ)，提高了錨固力和錨固效果，從而能明顯地改善破碎圍巖穩(wěn)定性。

（二）加固方案

鶴煤三礦31采區(qū)軌道上山修復(fù)方案為在現(xiàn)有架設(shè)U型棚的基礎(chǔ)上施工中空注漿錨索并噴注漿。頂板施工3根中空注漿錨索加強(qiáng)支護(hù)，呈放射形布置，錨索型號為Φ22×9300mm，間排距為1600mm×1800mm。巷道兩幫各施工1根中空錨注錨索，幫錨索型號為Φ22×6000mm，幫錨索與底板距離1100mm，排距1800mm，錨索設(shè)計(jì)按垂直巷幫布置，但考慮到兩幫打深孔有一定難度，現(xiàn)場施工鉆孔時(shí)，允許與水平有一定的下扎。巷道底板共布置4根中空注漿錨索，錨索型號為Φ22×7300mm，間排距為1000mm×1800mm。其中中間兩根錨索垂直底板布置，兩邊角錨索與底板呈15°夾角布置。底板中空注漿錨索施工可滯后施工。31采區(qū)軌道上山中空錨索布置示意圖詳見圖1。

（三）施工工藝

由于巷道表層圍巖破碎嚴(yán)重，為防止因跑漿漏漿影響注漿效果，需在注漿前先行對巷道表面進(jìn)行噴漿。高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力中空注漿錨索具體施工工藝如下：

1.鉆孔。利用風(fēng)動錨桿鉆機(jī)，配合Φ32mm鉆頭和B19mm中空六角鋼釬，人扶鉆機(jī)濕式打眼，鉆孔均與巖面垂直，防止打設(shè)角度過大，張拉時(shí)錨索彎曲影響注漿效果。

2.安裝和封孔。安裝前先安裝止?jié){塞到距錨索端頭約300mm后，當(dāng)孔口破碎呈喇叭口形狀時(shí)則在錨索索體上纏繞適當(dāng)棉紗，每孔各放一卷K2350和一卷Z2350錨固劑，攪拌完成后依次將托盤、球形墊圈、索具安裝到位。

3.張拉。用張拉千斤頂進(jìn)行張拉，張拉力不低于100kN，最后檢查錨索托盤是否緊貼巖面。

4.注漿。每排自兩幫最下部的中空錨漿錨索開始、逐根向上進(jìn)行注漿，注漿壓力為8Mpa，水灰比為1：1.5。注漿器（注漿快速接頭）及注漿管路完好、連接可靠后方可開始注漿。注漿過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)局部頂幫漏漿時(shí)，及時(shí)停止注漿，采用水泥進(jìn)行封堵。注漿后待漿液初凝，方可開啟注漿泵上的截止球閥，然后卸下錨索尾部的注漿器，將錨索尾部的絲堵擰緊上牢。

四、現(xiàn)場監(jiān)測

為了監(jiān)測方案實(shí)施后的支護(hù)效果，對31軌道上山采用了十字布點(diǎn)法進(jìn)行了表面位移監(jiān)測，以分析圍巖是否進(jìn)入了穩(wěn)定狀態(tài)。巷道位移監(jiān)測包括兩幫相對移近量和頂?shù)装逡平俊Ｆ浔O(jiān)測結(jié)果表明，觀測期間最大累計(jì)頂板下沉量為371mm，兩幫移近量最大為201mm，圖2為巷道圍巖變形和時(shí)間關(guān)系圖。

五、結(jié)語

（一）鶴煤三礦31采區(qū)軌道上山變形破壞的主要原因是巷道圍巖處于高地應(yīng)力場、受構(gòu)造影響、無控底措施、原始支護(hù)方案不合理。

（二）高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力中空注漿錨索在實(shí)現(xiàn)錨注一體化的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了端錨與全長錨固的有效結(jié)合。通過端錨對錨固體施加一個(gè)較強(qiáng)的預(yù)應(yīng)力，對圍巖進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，避免巖體繼續(xù)松動破壞；通過注漿在加固圍巖強(qiáng)度的同時(shí)，也為中空注漿錨索提供穩(wěn)定的著力基礎(chǔ)。與此同時(shí)，全長錨固錨索把載荷均勻分布在整個(gè)錨固段，提高了錨索的錨固性能，改善了錨固段應(yīng)力集中狀況。

（三）針對圍巖破碎的深井軟巖巷道，在架設(shè)U型棚的基礎(chǔ)上采用中空注漿錨索加固，可以改善U型棚和錨索的受力狀況，提高圍巖自身承載能力，從而取得良好的支護(hù)效果。礦壓觀測表明，該修復(fù)方案有效的控制了巷道圍巖變形，為深井軟巖巷道支護(hù)技術(shù)積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳炎光， 陸士良. 中國煤礦巷道圍巖控制[M]. 徐州： 中國礦業(yè)大學(xué)出版社， 1994.

[2] 付國斌， 姜志方. 深井巷道礦山壓力控制[M ]. 徐州： 中國礦業(yè)大學(xué)出版社， 1996.

[3] 劉長武 軟巖巷道錨注加固原理與應(yīng)用[M ]. 徐州： 中國礦業(yè)大學(xué)出版社， 2000.

[4] 李學(xué)華， 楊宏敏. 動壓軟巖巷道錨注加固機(jī)理與應(yīng)用研究[J]. 采礦與安全工程學(xué)報(bào). 2006，23（2）：159～163.

[5] 李明遠(yuǎn)， 王連固. 軟巖巷道錨注支護(hù)理論與實(shí)踐[M]. 北京： 煤炭工業(yè)出版社. 2001，9.

[6] 王衛(wèi)軍， 楊磊. 松散破碎圍巖兩步耦合注漿技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2005，33 （6） ：42～45.

作者簡介：劉家東，（1957--），男，河南湯陰人，高級工程師，從事煤礦技術(shù)管理工作。