郝明月，宋 道

(河南龍宇能源股份有限公司，河南 永城 476600)

隨著礦井開采深度的不斷增加，巷道的支護難度也越來越大。特別是高應(yīng)力的軟巖巷道常常表現(xiàn)出強流變的特性，圍巖變形控制難度較大[1，2]。而人們在進行高應(yīng)力軟巖巷道支護時，往往只注重兩幫及頂板的支護，很少對底板進行加強支護，從而造成高應(yīng)力軟巖巷道底板成為了整個巷道支護系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。巷道在高應(yīng)力的作用下，底板巖石首先發(fā)生底鼓變形，繼而引發(fā)巷幫及頂板變形破壞，最終導(dǎo)致整個支護系統(tǒng)的破壞失穩(wěn)[3-5]。陳四樓煤礦九采區(qū)泵房及變電所所在巖層為高應(yīng)力軟巖巷道，巷道支護后礦壓顯現(xiàn)較明顯，尤其是底鼓變形較大，為此陳四樓煤礦開始嘗試在高應(yīng)力軟巖巷道底板采用聯(lián)合加固技術(shù)，提高底板的支護強度，控制巷道的底鼓及變形，從而提高巷道整體的支護效果。

1 工程概況

陳四樓煤礦九采區(qū)泵房及變電所工程量總設(shè)計長度為186.92m，其中，九采區(qū)泵房通道11.5m、變電所40.6m、變電所回風(fēng)道26.76m、配電室11.9m、泵房44.7m、管子道39.16m、配水井硐室9.3m、吸水井硐室3m，服務(wù)年限預(yù)計為20a。九采區(qū)泵房及變電所開口位置位于九采區(qū)回風(fēng)下山底車場，開口處巷道底板標(biāo)高為-853m，巷道平面布置圖如圖1所示。

圖1 巷道平面布置示意圖

九采區(qū)泵房及變電所所處區(qū)域位于陳四樓向斜軸部及東翼鋁質(zhì)泥巖層位，整體上為一單斜構(gòu)造，無巖漿侵入體、陷落柱等構(gòu)造發(fā)育，煤巖層走向北北西向，傾向南西西向，該巷道掘進范圍內(nèi)煤巖層形態(tài)較為穩(wěn)定，掘進范圍內(nèi)煤巖層傾角變化較小，預(yù)計褶曲對巷道掘進影響較小。根據(jù)三維地震勘探資料、臨近巷道實際揭露地質(zhì)情況、周圍巷道地質(zhì)超前探測資料分析，預(yù)計在該巷道施工過程中將一次揭露一條落差為0～5m的正斷層XF2和一條落差為0～7m的正斷層XF15。巷道底板距二2煤層法向距離約在15.7～45.3m之間，巷道不會揭露二2煤層。

2 底鼓變形機理及聯(lián)合加固技術(shù)

2.1 九采區(qū)底鼓變形機理

九采區(qū)泵房及變電所所處巷道埋深較深，構(gòu)造應(yīng)力較大，同時由于受到XF2和XF15兩條正斷層的影響，巷道圍巖破碎，圍巖強度較低，孔隙率較大，加上九采區(qū)泵房及變電所所處區(qū)域位于陳四樓向斜軸部，應(yīng)力較為集中，多項因素共同作用下，巷道圍巖表現(xiàn)出顯著的塑性和流變性。而且巷道掘進期間已對頂板及兩幫進行了加強支護，支護強度較大，而底板未進行有效支護，是整個巷道支護系統(tǒng)最薄弱的地方，最終導(dǎo)致底板巖層在水平應(yīng)力作用下與形成褶曲構(gòu)造相類似，向巷道空間鼓起[6-9]。同時由于施工過程及頂?shù)装宄鏊惹闆r產(chǎn)生的水源流入巷道底板巖石，減少了巖石層理、節(jié)理和裂隙間的摩擦力，使巖石的整體抗壓、抗剪強度降低，且九采區(qū)泵房及變電所位于鋁質(zhì)泥巖層位，巖石中存在遇水產(chǎn)生膨脹的礦物成分，由于礦物成分吸水體積增大，巖石發(fā)生破裂，底板巖石甚至?xí)耆珕适姸?，從而加劇底板鼓起破壞?/p>

2.2 聯(lián)合加固技術(shù)

巷道底鼓量大是深部軟巖巷道礦壓顯現(xiàn)的一個顯著特征，也是治理的難題之一。多年來，在煤礦淺部巷道中由于支護存在“強頂、強幫、弱底”的現(xiàn)狀，進入深部后受淺部支護理念影響及深部巷道高應(yīng)力的影響，巷道表現(xiàn)出強烈的底鼓。為了解決這個問題，陳四樓煤礦開始采用“錨網(wǎng)帶+錨索梁+注漿”聯(lián)合加固技術(shù)，對深部軟巖巷道底板進行加固。

錨桿對圍巖起到加固作用。鋼帶對錨桿間的圍巖施以徑向約束，阻止其擴容和離層，從而增加次生關(guān)鍵承載圈的厚度和承載能力，使圍巖的關(guān)鍵承載圈受力趨于均勻和內(nèi)移。網(wǎng)的作用主要是通過金屬網(wǎng)對巷道底板進行封閉支護；同時也擴大了錨桿的有效承載面積，有利于保持巷道圍巖的完整與穩(wěn)定。托盤則是產(chǎn)生托錨力的必不可少的構(gòu)件。通過鋼帶、網(wǎng)和托盤的共同作用，使錨桿的作用力能夠均勻地分布在圍巖表面，改變了巷道表面圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，提高了次生關(guān)鍵承載圈的承載能力，從而有效約束圍巖變形，同時促使關(guān)鍵承載圈穩(wěn)定。注漿錨索以加固圍巖的作用為主，同時提高深部巖石的注漿效果。注漿加固是利用漿液把圍巖的各種弱面充實，并把弱面充填體和四周巖體重新膠結(jié)起來，從而提高圍巖的整體穩(wěn)定性及其力學(xué)性能，改善圍巖的物理力學(xué)性能。實踐證明，圍巖注漿加固可以有效地改善圍巖結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性質(zhì)、提高圍巖自承能力、降低支護成本，并且改善巷道支護效果。

3 底板聯(lián)合加固技術(shù)施工

九采區(qū)泵房及變電所進行底板聯(lián)合加固時，先按要求對巷道底板進行拉底，再對巷道底板進行加固，待注漿加固結(jié)束后再回填矸石至設(shè)計深度，最后再統(tǒng)一打設(shè)100mm厚地坪。

3.1 淺層預(yù)注漿

九采區(qū)泵房及變電所底板巖石破碎，直接進行錨桿及錨索加固，施工眼孔后碎石較多，安設(shè)錨桿及錨索較困難，所以考慮拉底后對巷道底板松散層進行淺層注漿，然后再進行錨桿及錨索加固?，F(xiàn)場施工時，底板每排埋設(shè)2根注漿管，對稱布置在巷道兩側(cè)，注漿管間排距為2000mm×3000mm。注漿管采用Φ20mm鍍鋅鋼管加工而成，長1500mm，注漿管埋設(shè)后外露不得超過100mm。埋設(shè)注漿管時采用YTP-26型風(fēng)動鑿巖機，配合使用Φ28mm風(fēng)鉆頭、長1.6m的風(fēng)鉆桿。埋設(shè)注漿管時根據(jù)需要可外露80～100mm，可使用水泥對注漿管進行固定和封閉。

3.2 底板加固

3.2.1 錨網(wǎng)帶支護

底板采用錨網(wǎng)帶加固時，M鋼帶沿垂直巷道縱向布置。錨桿采用Φ22mm×2500mm的左旋螺紋鋼高強錨桿(屈服強度500MPa)，變電所回風(fēng)道及管子道使用2.8m長的M鋼帶(錨桿間距800mm，共4根錨桿)、變電所及泵房使用4m長的M鋼帶(錨桿間距750mm，共6根錨桿)、配電室使用3.4m長的M鋼帶(錨桿間距800mm，共5根錨桿)、通道使用3.2m長的M鋼帶(錨桿間距750mm，共5根錨桿)，錨桿排距為800mm，錨桿間排距誤差范圍±100mm。每根錨桿配2卷MSM2350樹脂錨固劑，錨桿預(yù)緊力矩為250～300N·m，外露長度為10～50mm，底板不平整導(dǎo)致錨桿托盤無法緊貼巖面時可加墊木塊。網(wǎng)片搭接100～200mm，連網(wǎng)間距不超過300mm。九采區(qū)泵房底板加固示意圖如圖2所示。

圖2 九采區(qū)泵房底板加固示意圖(mm)

3.2.2 注漿錨索支護

底板采用錨索梁加固時，錨索梁沿巷道方向布置在錨網(wǎng)帶上方(其中回風(fēng)道及管子道布置2排、變電所及泵房布置3排、配電室布置2排、通道布置3排)，錨索梁使用3m長的12#槽鋼，錨索采用Φ21.6mm×6300mm的注漿錨索，錨索間距1300mm，每根錨索使用2卷MSM2350樹脂錨固劑?，F(xiàn)場施工時采用ZQJC-360/7.1型氣動架柱式鉆機進行注漿錨索加固施工。

3.2.3 注漿加固

注漿錨索施工結(jié)束后，再依次從巷道開口位置向里對巷道底板錨索進行注漿，注漿前可以使用水泥對注漿錨索孔口封閉，待凝固后再進行注漿，防止跑漿。注漿時，采用2ZBQ-11.5/3型煤礦用氣動注漿泵配合攪拌機進行注漿加固，制漿配比：水灰比0.8～1，即每桶(Φ0.7m×0.75m)漿使用5～6袋425#普通硅酸鹽水泥，壓力控制在0.8～1MPa[10，11]。待注漿結(jié)束后，至少等待2d后再安裝錨索梁并配備90mm×90mm的錨索托盤，對注漿錨索進行張緊，張緊力不小于36MPa，截斷后外露長度為150～200mm。

4 礦壓觀測

九采區(qū)泵房及變電所底板加固施工結(jié)束后，在巷道掘進過程中揭露兩條斷層位置處分別安設(shè)一組檢測點觀測巷道底板表面位移情況，1#觀測點分別安設(shè)在泵房向里18m處(XF15正斷層位置)，2#觀測點分別安設(shè)在變電所內(nèi)向里32m處(XF2正斷層位置)，底鼓量變化曲線如圖3所示。分析圖3可知，巷道進行底板聯(lián)合加固后，底鼓很小，底板變形得到了很好的控制。

圖3 底鼓量變化曲線

5 結(jié) 語

九采區(qū)泵房及變電所通過采用底板聯(lián)合加固技術(shù)，取得了良好的效果。施工結(jié)束后分別對巷道兩條斷層影響區(qū)段進行底板變形測量觀測，通過對數(shù)據(jù)分析，底板聯(lián)合加固后，巷道底板在加固30d之后就趨于穩(wěn)定，變形量很小，而且現(xiàn)場巷道無明顯漿皮開裂、底鼓現(xiàn)象。這表明底板聯(lián)合加固技術(shù)在深部高應(yīng)力軟巖巷道底板治理中達到了支護效果，值得在相似工程中推廣使用。