劉奇珍

（呂梁市煤炭工程質(zhì)量監(jiān)督站， 山西 呂梁 033000）

引言

動(dòng)壓及構(gòu)造影響的破碎圍巖巷道在我國(guó)煤礦開(kāi)采中普遍存在且具有量大面廣的特點(diǎn)。目前有50%以上采動(dòng)巷道的支護(hù)與圍巖變形不相適應(yīng)，支護(hù)結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重，已嚴(yán)重影響了巷道通風(fēng)、行人和運(yùn)輸[1-4]，理論上和生產(chǎn)上都迫切要求解決該類(lèi)巷道的圍巖變形活動(dòng)規(guī)律及其控制的問(wèn)題。隨著開(kāi)采范圍的擴(kuò)大和采面的推進(jìn)，很多原來(lái)采用“砌碹支護(hù)”、“錨噴支護(hù)”“U型鋼支護(hù)”的開(kāi)拓巷道如運(yùn)輸大巷等受到采面動(dòng)壓的影響發(fā)生了不同程度的破壞。如果采用原支護(hù)方式返修，為滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，需要頻繁返修并影響生產(chǎn)，還導(dǎo)致支護(hù)成本急劇增加，為改變支護(hù)狀況和降低支護(hù)成本，必須改用適合返修巷道的新型支護(hù)技術(shù)[5-6]。

1 巷道地質(zhì)條件

某礦470m水平南翼大巷五采車(chē)場(chǎng)石門(mén)段穿越15煤底板，最初支護(hù)形式采用錨桿、砌碹聯(lián)合支護(hù)，巷道凈寬4.2m，凈高3.5m。由于巷道壓力顯現(xiàn)嚴(yán)重，兩幫及頂板變形很大，底鼓嚴(yán)重，碹體巷道嚴(yán)重收縮變形破壞，不能滿(mǎn)足正常使用要求。

2 巷道圍巖變形特征分析

為充分掌握巷道圍巖破碎情況，采用鉆孔窺視儀觀測(cè)巷道圍巖。圖1為巷道頂板圍巖不同深度鉆孔窺視圖。

由圖1可知，0.2～0.5m位置，鉆孔圍巖破碎嚴(yán)重，呈松散顆粒狀，鉆孔坍塌成形困難。1.0～2.0m位置，鉆孔成形情況有所好轉(zhuǎn)，但鉆孔壁凹凸不平，成形仍不規(guī)則，從更深處鉆孔圍巖狀況分析來(lái)看，1.0～2.0m位置圍巖破碎情況好轉(zhuǎn)應(yīng)該屬于局部現(xiàn)象。2.4～2.8m位置鉆孔成形極度不規(guī)則，圍巖比較破碎，有較多較大裂隙，但破碎程度和0.2～0.5m位置處較輕。3.5m位置鉆孔成形規(guī)則，但明顯能看見(jiàn)鉆孔壁上有較多裂隙，圍巖仍遭到破壞。4.0m位置鉆孔成形規(guī)則，鉆孔壁光滑，無(wú)裂隙，可見(jiàn)4.0m位置處圍巖完整未破壞。

圖1 頂板圍巖不同深度下鉆孔窺視圖

通過(guò)以上分析可知，巷道在3.5m范圍內(nèi)由圍巖淺部至深部，圍巖破碎情況逐漸減輕，到4.0m位置時(shí)圍巖完整。因此，雖然不同的位置松動(dòng)圈大小不同，但是從鉆孔窺視圖可知，巷道圍巖松動(dòng)圈范圍大致在3.5m左右。

巷道掘進(jìn)后，在高應(yīng)力和采動(dòng)影響下，巷道破碎范圍較大。應(yīng)力引起的淺部圍巖初始破壞，圍巖逐漸破碎，影響巷道原錨桿支護(hù)的著力基礎(chǔ)，當(dāng)錨桿逐漸失效后，錨固區(qū)圍巖承載能力急劇降低，高應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移過(guò)程中導(dǎo)致圍巖破碎范圍進(jìn)一步增大，破碎范圍內(nèi)圍巖呈軟弱、松散、破碎狀態(tài)，圍巖自穩(wěn)性差，極易冒頂和底鼓，而底鼓使兩幫及頂板位移量加劇，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)承載能力大幅降低，從而出現(xiàn)圍巖變形斷面收縮，導(dǎo)致巷道無(wú)法滿(mǎn)足使用要求。

3 加固支護(hù)技術(shù)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)前面的研究分析，確定了巷道的支護(hù)方案，即采用先對(duì)巷道圍巖注漿加固巷道破碎圍巖，然后采取錨桿支護(hù)和U型鋼支護(hù)以及巷道關(guān)鍵部位加強(qiáng)支護(hù)等手段聯(lián)合支護(hù)巷道以控制圍巖變形。支護(hù)參數(shù)主要包括以下幾個(gè)方面。

為了進(jìn)一步地加固巷道破碎圍巖，本次注漿采用的方式為淺部注漿和深部注漿相結(jié)合，淺部布置注漿孔，孔深1.5m，直徑42mm，間排距1.2m×1.6m，注漿管Φ25mm×500mm；深部注漿孔孔深3.2m，直徑42mm，間排距1.2m×1.6m，采用Φ25mm×3 000 mm注漿錨桿注漿加固，深孔與淺孔交錯(cuò)布置；在拱腳處這一巷道關(guān)鍵部位布置一深孔和淺孔，孔與水平方向成30°角。注漿孔布置如圖2所示。

圖2 注漿孔布置圖（mm）

滯后深部注漿一段距離（15～20m），與內(nèi)注漿錨桿隔排布置螺紋鋼錨桿加強(qiáng)支護(hù)，錨桿間排距1.2m×1.6m，錨桿規(guī)格Φ22mm×2 400mm。并采用U29型鋼棚，棚距為800mm。

4 工程應(yīng)用

為某礦470水平南翼大巷五采車(chē)場(chǎng)段巷道在整修前，嚴(yán)重變形、斷面收縮嚴(yán)重，已無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)使用要求，且嚴(yán)重威脅工作人員的人身安全。整修并注漿加固后，巷道圍巖穩(wěn)定性明顯改善。整修前后支護(hù)效果對(duì)比如圖3所示。

圖3 巷道整修前后效果對(duì)比

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的巷道整體輪廓形狀、尺寸基本沒(méi)有變化，支架梁、腿沒(méi)有出現(xiàn)彎曲、凸起跡象，底鼓變形量減小，未出現(xiàn)流變現(xiàn)象，巷道圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，工業(yè)試驗(yàn)后巷道斷面收斂變形控制在3%。現(xiàn)場(chǎng)變形測(cè)試結(jié)果與數(shù)值計(jì)算模擬結(jié)果比較接近，它既可提供補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)力，又可限制圍巖發(fā)生流變，保證了地下工程設(shè)計(jì)斷面和使用功能。表明注漿+錨桿+U型棚支護(hù)能夠滿(mǎn)足破碎軟巖巷道修復(fù)治理的要求。

圖4為注漿前后巷道頂板鉆孔窺視圖。由圖中可以看出，在注漿前，頂板深處由于頂板離層，已產(chǎn)生破碎，導(dǎo)致巷道的自承能力減弱，如果這時(shí)僅僅依靠架棚支護(hù)，必然導(dǎo)致巷道繼續(xù)破壞。注漿后，破碎圍巖被黏結(jié)強(qiáng)度大的化學(xué)漿液黏結(jié)在一起，致使圍巖的殘余強(qiáng)度增加，從而圍巖自承能力變大。

圖4 注漿前后圍巖效果對(duì)比

5 結(jié)論

針對(duì)巷道圍巖變形破壞機(jī)理和變形破壞特征，提出采用注漿+錨桿+U型鋼+關(guān)鍵部位加強(qiáng)支護(hù)的支護(hù)方案，并得到了以下結(jié)論：

1）通過(guò)對(duì)破碎圍巖注漿加固并結(jié)合U型鋼、錨桿支護(hù)等支護(hù)方式，增強(qiáng)巷道淺部圍巖承載能力，提高對(duì)深部圍巖的支護(hù)能力；

2）分析不同支護(hù)方案條件下，巷道頂?shù)装濉蓭臀灰瓶梢缘贸?，注漿加固能有效改善圍巖力學(xué)性能，發(fā)揮自承能力；

3）注漿加固與錨桿支護(hù)技術(shù)相結(jié)合，提高破碎圍巖的殘余強(qiáng)度及變形能力，使破碎圍巖錨固體具有較好的讓壓性能和較大的支護(hù)強(qiáng)度，巷道變形大幅減??；

4）對(duì)巷道關(guān)鍵部位（拱腳處）注漿加固能有效地控制巷道底鼓和兩幫變形。