王曉東 汪海平 張紅衛(wèi)

（陜西彬長(zhǎng)礦業(yè)集團(tuán)公司，陜西 彬縣 713500）

隨著煤礦開(kāi)采深度的增加，地應(yīng)力的增大，軟巖巷道底臌問(wèn)題日趨嚴(yán)重。巷道底臌導(dǎo)致巷道斷面縮小，妨礙通風(fēng)，增加風(fēng)阻，阻礙運(yùn)輸和人員行走，強(qiáng)烈的巷道底臌不僅增加大量的維修工作，而且還影響礦井安全生產(chǎn)。實(shí)測(cè)資料表明，在底板不支護(hù)的情況下，巷道頂?shù)装逡平恐屑s有2/3～3/4是由底臌造成的。受施工工藝以及目前人們對(duì)軟巖巷道支護(hù)及其支護(hù)性質(zhì)認(rèn)識(shí)上的欠缺，對(duì)巷道底板進(jìn)行支護(hù)和補(bǔ)強(qiáng)的重要性認(rèn)識(shí)不夠，巷道底臌問(wèn)題一直沒(méi)有較好地解決。

陜西彬長(zhǎng)礦區(qū)大佛寺礦井生產(chǎn)能力為800萬(wàn)t/a，2008年8月建成并通過(guò)竣工驗(yàn)收。礦井雖建成投產(chǎn)時(shí)間不久，但首采區(qū)401采區(qū)及后期改建新增的411采區(qū)共計(jì)五條大巷，都出現(xiàn)不同程度的底臌現(xiàn)象，為保證礦井安全生產(chǎn)，幾經(jīng)臥底擴(kuò)修，但始終難以從根本上解決軟巖巷道底臌防治技術(shù)難題。該礦生產(chǎn)技術(shù)部門(mén)結(jié)合理論分析，提出了底角錨桿+底板注漿+底板錨索耦合支護(hù)技術(shù)方案，取得了良好的治理效果。

1 工程概況

大佛寺礦401采區(qū)及411采區(qū)大巷，在原來(lái)三巷(主運(yùn)、輔運(yùn)和回風(fēng))基礎(chǔ)上再增加一條回風(fēng)大巷和一條輔運(yùn)大巷，形成“五巷制”布局，巷道間距40m，工作面接續(xù)時(shí)為四巷制，大巷沿4煤層布置。

4煤層偽頂為0.5m以下的炭質(zhì)泥巖，零星分布。直接頂以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，次為粉砂巖、砂巖，為半堅(jiān)硬不穩(wěn)定頂板?；卷敹酁榧?xì)粒砂巖或粉砂巖，局部為中～粗粒砂巖，為半堅(jiān)硬較穩(wěn)定頂板～穩(wěn)定頂板。底板多為鋁質(zhì)泥巖，次為泥巖或炭質(zhì)泥巖，一般2.14～6.75m，遇水泥化，易發(fā)生底臌。

五條巷道均采用錨網(wǎng)噴+錨索支護(hù)，頂部采用M22×2700mm等強(qiáng)錨桿，幫部采用M22×2700mm等強(qiáng)錨桿，錨桿間排距800×800mm。錨索采用Φ=15.24mm，L=6900mm鋼絞線錨索。巷道底板未支護(hù)。

2 底臌機(jī)理分析

（1）圍巖質(zhì)點(diǎn)位移。巷道開(kāi)挖改變了圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，從而導(dǎo)致了圍巖質(zhì)點(diǎn)的形狀及體積彈性改變。而圍巖質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)就是每一個(gè)微小的質(zhì)點(diǎn)形狀及體積的改變引起相鄰質(zhì)點(diǎn)位移所形成的。大佛寺礦401采區(qū)及411采區(qū)五條大巷底板均未支護(hù)，導(dǎo)致底板一定范圍內(nèi)的圍巖質(zhì)點(diǎn)位移比頂幫部位大得多。

（2）蠕變動(dòng)力難以自制。圍巖質(zhì)點(diǎn)均是向巷道方向移動(dòng)，在厚層軟巖情況下，巷道上下左右均被軟巖所包圍，因此質(zhì)點(diǎn)位移來(lái)自巷道四面八方，圍巖蠕變位移得不到支護(hù)反力的約束，或者支護(hù)反力小于蠕變動(dòng)力，巷道就會(huì)從最薄弱環(huán)節(jié)發(fā)生變形。大佛寺礦401采區(qū)及411采區(qū)五條大巷沿4煤層布置，頂?shù)装寰鶠槟鄮r且厚度大，圍巖強(qiáng)度低，并且經(jīng)過(guò)多次臥底刷擴(kuò)修復(fù)，底板松動(dòng)圈擴(kuò)大，巷道圍巖蠕變動(dòng)力隨松動(dòng)圈擴(kuò)大而加快。見(jiàn)圖1。

圖1 巷道圍巖蠕變動(dòng)力演化示意圖（軟巖層較厚情況）

（3）巷道底板圍巖遇水膨脹。地質(zhì)資料顯示，4煤底板普遍分布有一層鋁土質(zhì)泥巖，遇水極易膨脹軟化，雖在設(shè)計(jì)時(shí)為避免鋁土質(zhì)泥巖對(duì)巷道的影響，在巷道掘進(jìn)時(shí)沿巷道底板留設(shè)1m左右的底煤，但在實(shí)際施工過(guò)程中很難控制，受巷道施工用水、巖體中靜態(tài)儲(chǔ)水、水溝水等水的影響，鋁土質(zhì)泥巖遇水膨脹，在巷道其他三方受支護(hù)的反力作用，巷道變形只能從底板作為突破口。

（4）巷道底板未進(jìn)行有效支護(hù)。大佛寺礦401采區(qū)及411采區(qū)五條大巷頂板采用了錨網(wǎng)噴+錨索進(jìn)行了有效支護(hù)，而巷道底板未進(jìn)行支護(hù)。正是由于巷道底板未進(jìn)行支護(hù)，巷道底板在圍巖質(zhì)點(diǎn)位移、蠕變動(dòng)力及底板鋁質(zhì)泥巖遇水膨脹的作用下產(chǎn)生底臌。礦井多次采用臥底刷擴(kuò)的方式進(jìn)行簡(jiǎn)單巷修，頻繁的臥底擴(kuò)修又造成新的擾動(dòng)應(yīng)力，并且松動(dòng)圈也進(jìn)一步擴(kuò)大，支護(hù)承載結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)進(jìn)一步降低，巷道底臌速度更快更嚴(yán)重，如此反復(fù)，造成惡性循環(huán)。

3 防治技術(shù)方案

3.1 支護(hù)方案

采用底角錨桿+底板注漿+底板錨索耦合支護(hù)。

底角采用M22×2700mm等強(qiáng)錨桿，錨桿間距800mm，角度與水平呈45°，位置處于幫底交界處。

巷道底板布置兩個(gè)注漿孔，沿底板寬度等分布置，排距1600mm，注漿錨桿長(zhǎng)3.0m，采用6′鋼管制成，前端0.7m間隔200mm內(nèi)錯(cuò)開(kāi)孔，端頭25mm開(kāi)絲，孔徑為8mm。漿液采用水泥水玻璃漿液，水泥采用525#，水玻璃濃度45°Bé，用量為水泥重量的3%～5%，漿液水灰比為0.7，最大注漿壓力2.0MPa，注漿時(shí)間以達(dá)到注漿壓力后保持10min為準(zhǔn)。

底板錨索規(guī)格采用Φ=15.24mm，L=5000mm鋼絞線錨索，沿巷道底板中部對(duì)稱(chēng)布置2根，間排距1600×1600mm。

3.2 支護(hù)方案分析

（1）底角錨桿的作用。巷道底角是應(yīng)力集中程度最高的部位，是圍巖破碎最嚴(yán)重的部位，但其破碎變形不會(huì)在此處直接顯現(xiàn)，而是通過(guò)圍巖質(zhì)點(diǎn)位移以兩幫內(nèi)縮和底板底臌的形式表現(xiàn)。正常情況下，巷道兩幫進(jìn)行了有效支護(hù)，所以均是以巷道底臌的形式呈現(xiàn)。

通過(guò)在底角左右部位施工兩排高密度錨桿，能夠?qū)⑾锏乐車(chē)h(huán)向應(yīng)力及水平應(yīng)力部分轉(zhuǎn)移至底腳錨桿上，起到了應(yīng)力轉(zhuǎn)移作用。

底角錨桿在轉(zhuǎn)移應(yīng)力的同時(shí)，固定的兩端也可以承接上方和水平方向的作用力，因此對(duì)于上方的圍巖質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)起到了邊界作用，其作用是可以使上方地應(yīng)力通過(guò)壓力拱傳遞，外圍圍巖中的破壞得到控制，穩(wěn)定性也得到保證。

錨桿的約束力抑制了松動(dòng)圈的擴(kuò)大，底角部位穩(wěn)定后，相鄰圍巖質(zhì)點(diǎn)位移也得到了有效控制，巷道的底臌程度就會(huì)減少。

圖2 松動(dòng)圈穩(wěn)定增強(qiáng)技術(shù)分析圖

（2）底板注漿的作用。注漿加固使破碎圍巖形成一個(gè)整體，給深部圍巖提供一個(gè)較大的徑向約束，改善巷道圍巖應(yīng)力狀況，從而控制圍巖變形。

（3）底板錨索的作用。底板錨索對(duì)圍巖的作用，不僅表現(xiàn)在底板巖體的位移約束和改變應(yīng)力狀態(tài)兩個(gè)方面，還能將巷道近距離圍巖所承受的應(yīng)力轉(zhuǎn)移至巷道遠(yuǎn)距離圍巖中去，較大地減輕了應(yīng)力集中的程度，達(dá)到用較大范圍的巖體來(lái)承受本應(yīng)由近距離圍巖承受的高密度的集中應(yīng)力的目的，起到削弱圍巖應(yīng)力的作用。

3.3 施工要求

施工底板注漿錨桿及錨索前，先將底板剝離到底板設(shè)計(jì)標(biāo)高以下150mm；安裝底板注漿錨桿后，對(duì)底板澆筑50mm厚混凝土，然后進(jìn)行注漿，注漿要控制好漿液水灰比，并按施工要求施工。注漿結(jié)束后，通過(guò)底板錨索鉆機(jī)施工底板錨索，要求安裝底板錨索預(yù)應(yīng)力不低于70kN，并將超出底板設(shè)計(jì)標(biāo)高的錨索頭剪掉，最后對(duì)底板進(jìn)行二次澆筑混凝土至底板設(shè)計(jì)標(biāo)高。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)401采區(qū)及411采區(qū)大巷底臌機(jī)理進(jìn)行研究，提出了底角錨桿+底板注漿+底板錨索耦合支護(hù)技術(shù)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)，該支護(hù)方案能有效控制巷道底臌，目前已在大佛寺礦井巷道底臌修復(fù)中全面應(yīng)用，在掘進(jìn)巷道底板支護(hù)中也推廣應(yīng)用，取得了良好的支護(hù)效果，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。