王義鋒

（同煤國電同忻煤礦有限公司，山西 大同 037003）

1 工程概況

同忻煤礦北軌道運輸大巷設計為半圓拱斷面，支護方式為“錨網(wǎng)+水泥噴漿”，局部巖性破碎和穿煤層地段設計為錨索加強支護。直接頂為粉砂巖，底板為軟弱泥巖。巷道凈寬5.5m，墻高1.95m，傾角1～3°。北軌道運輸大巷支護不到7d的時間內，巷道整體出現(xiàn)了明顯變形破壞，之后進行了三次拓幫、挑底，但是在返修后，大巷在不到72h的時間內又出現(xiàn)了大范圍破壞變形問題，給正常生產帶來了非常大的影響。

2 北軌道運輸大巷變形破壞主要特征

（1）左右巷幫破壞差別很大，非對稱性顯著。在北軌道運輸大巷出現(xiàn)嚴重變形后，對大巷進行了挑頂、拓幫、起底，部分返修段同時又使用U18型支架對巷道進行加固，但是在使用不到3d后，巷道又出現(xiàn)了明顯的非對稱變形，見圖1所示。

圖1 巷道非對稱變形明顯

（2）巷道圍巖變化率很快。技術人員對北軌道運輸大巷進行二次返修并對巷道圍巖進行了現(xiàn)場監(jiān)測。從監(jiān)測數(shù)據(jù)分析：巷道圍巖主要呈現(xiàn)收斂移動和變形，其中巷道頂?shù)装逡平窟_到71mm/d，兩幫移近量達到68mm/d，部分圍巖較軟地段移近量甚至超過了100mm/d。這種變化說明了原支護方式無法有效起到支撐作用，也沒有將圍巖應力轉移至圍巖深處。

（3）巷道圍巖泥化現(xiàn)象明顯。通過現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)北軌道運輸大巷圍巖出現(xiàn)了大范圍的泥化，部分巷道頂板甚至出現(xiàn)了泥巖“下滴”而形成了明顯的“小山”。如圖2所示。

圖2 頂板“下滴”形成“小山”

3 北軌道運輸大巷變形破壞機理

3.1 圍巖強度較低且黏土性礦物含量較高

為掌握北軌道運輸大巷圍巖條件，對北軌道運輸大巷圍巖的物理力學性質進行了試驗，具體結果詳見下表1。

表1 北軌道運輸大巷圍巖力學性質試驗結果

從表1中可知，北軌道運輸大巷圍巖整體強度較小，屬于較軟弱巖層，極限承載能力較差。巷道開挖過程中，圍巖應力平衡被打破，且加之人為擾動影響，容易形成壓力釋放區(qū)域，從而使巷道圍巖在一定深度內出現(xiàn)了嚴重破壞，整體性被打破。為了研究分析圍巖種類對巷道變形破壞的影響程度情況，在此利用“D/Max-3B型X射線衍射儀”對同忻煤礦北軌道運輸大巷巷道圍巖的礦物成分進行分析，具體結果見下表2所示。

表2 巷道圍巖組成成分表

從表2中可看出：巷道圍巖組分中，高嶺石、伊利石等膨脹性軟巖成分所占比重較大，這類軟巖遇水后易出現(xiàn)分解、風化、膨脹及軟化等現(xiàn)象，會嚴重影響巷道圍巖整體強度，其中以蠕變變形最為明顯。由此可以得出以下結論：由于同忻煤礦北軌道運輸大巷巷道圍巖中含有較多膨脹性軟巖成分，大大影響了巷道圍巖強度，無法應對應力集中，因此出現(xiàn)了較嚴重的變形破壞現(xiàn)象。

3.2 巷道所處層位地應力相對較高

地應力是巷道破壞的主要原因，地應力越大越集中，巷道破壞越嚴重。在此利用“小孔徑水壓致裂地應力測量儀”對同忻煤礦北軌道運輸大巷圍巖進行測量。測量結果顯示：（1）大巷最大主應力為水平應力，其值達到了29.8MPa；垂直29.8MPa，垂直應力為19.1MPa，測壓系數(shù)超過1.5；（2）單從北軌道運輸大巷圍巖強度分析其圍巖級別屬于Ⅲ級，但是受“軟巖成分”影響，其整體強度屬于Ⅳ級，且具有較明顯的軟巖特征；（3）巷道經(jīng)多次返修依然沒有使地應力釋放及轉移到圍巖深處，因此無法保證返修效果。

3.3 支護錨桿的“三徑”匹配不合理

從原支護中錨桿支護的參數(shù)來分析，其設計的錨固劑Φ23mm，但是設計選擇的鉆頭Φ28mm，支護使用的錨桿Ф16mm，該種支護方式在具體支護的過程中，必然出現(xiàn)錨桿“松塌”的情況，形成“手套效應”，錨桿支護的效果必然得不到較好發(fā)揮。

4 北軌道運輸大巷穩(wěn)定性控制對策

結合同忻煤礦實際情況，考慮到北軌道運輸大巷所處實際層位及圍巖地質特點，設計“預留變形空間+錨網(wǎng)索+針對性補強錨注”的聯(lián)合支護方案。

4.1 預留變形空間的設計

經(jīng)多次返修，同忻煤礦北軌道運輸大巷破壞問題依然沒有得到有效制止，偏移量依然巨大。因此在本次返修工程中設計并預留了較大的巷道變形空間（四周各留250mm），給了地應力較為充分的釋放空間，采取了“疏導和支護”相結合形式。

4.2 錨網(wǎng)索支護+針對性補強錨注支護設計

（1）錨桿支護參數(shù)。頂板與兩幫錨桿均選擇使用左旋螺紋鋼錨桿Ф22mm，長度為2600mm，每根錨桿配合使用2卷樹脂錨固劑，間排距設計均為800mm。

（2）錨索支護參數(shù)。為更好發(fā)揮出錨索的懸吊作用，將深部圍巖對淺部圍巖穩(wěn)定的懸吊作用發(fā)揮出來，設計頂板對稱布置3根鋼絞線錨索Ф17.8mm，長度為8200mm，間排距均為1600mm；考慮到底板出現(xiàn)了大范圍的整體鼓起，在巷道底板設計對稱布置，間距為2400mm，排距為1600mm。每根錨索配合使用4卷樹脂錨固劑。

（3）鋼筋網(wǎng)與噴層參數(shù)。選擇使用高強度鋼筋網(wǎng)Ф12mm，網(wǎng)格為120mm×120mm，搭接長度為120mm。噴層選擇使用高強度混凝土，厚度為100mm。

（4）底板對稱布置三個注漿孔，孔深為2400mm，間排距為2000mm×1600mm，如圖3所示。

圖3 巷道返修支護設計示意圖

5 效果

對北軌道運輸大巷實施上述返修方案后，使用“十字布點法”對北軌道運輸大巷位移情況進行了監(jiān)測，得到了北軌道運輸大巷位移情況，如圖4所示。

從圖4中可看出，巷道在返修5d后基本上達到了平衡狀態(tài)，巷道總體位移較為平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)急劇增加的情況，符合巷道支護圍巖控制規(guī)律。從巷道最終的位移情況來看，巷道頂?shù)装遄畲蟮囊平吭?20mm，兩幫移近量接近60mm，總體均在巷道可控范圍內，返修方案達到了巷道支護要求。

圖4 返修后巷道表面移近量