馮 波

（山西蘭花科創(chuàng)公司大陽煤礦，山西 晉城 048000）

軟巖巷道的支護(hù)一直以來是我國煤礦所面臨的難題，特別是破碎軟巖巷道，經(jīng)常容易出現(xiàn)碎脹、擴(kuò)容等嚴(yán)重變形情況，維護(hù)十分困難。通常軟巖巷道在掘進(jìn)后會出現(xiàn)變形甚至嚴(yán)重變形情況，特別是底板，此時常采用臥底進(jìn)行處理，但是由于底臌的反復(fù)性，效果并不十分明顯，而且耗工耗時。

本文著重分析了軟弱圍巖的底臌特性，提出兩幫及頂板應(yīng)力轉(zhuǎn)移和釋放、底板無支護(hù)及遇水易膨脹是造成底臌的主要原因。因此，采用“反底拱+中空注漿錨索+拱形槽鋼”相結(jié)合的主動支護(hù)方式進(jìn)行底板控制，并取得了不錯效果。

1 工程背景

大陽煤礦東翼采區(qū)主要運煤系統(tǒng)為東翼運輸巷道，巷道斷面采用直墻半圓拱形設(shè)計，凈寬×凈高=5.5m×4.5m。運輸巷北翼有兩條正在掘進(jìn)的回風(fēng)大巷與軌道巷，三條巷道水平間距分別為25m 左右，容易受到采掘擾動，兩條巷道的開挖擾動對已經(jīng)成型的運輸巷會造成二次破壞，圍巖性質(zhì)屬于遇水易膨脹類型，且水平主應(yīng)力較大，最大達(dá)到18.63MPa，加之圍巖整體性較差，底臌十分嚴(yán)重。

2 原支護(hù)方案及底臌分析

2.1 原設(shè)計支護(hù)方案

頂板及兩幫采用左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，規(guī)格為Ф22mm、2500mm，預(yù)應(yīng)力為70kN，間排距為800mm×900mm，整個斷面布置9 根；錨索規(guī)格為Ф17.8mm、6500mm，預(yù)應(yīng)力為180kN，間排距為1200mm×1600mm，總共5 根；噴漿厚度100mm，強度為C20，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)。兩幫及頂部注漿加固，注漿孔長度6000mm，6 分注漿管長度3000mm，間排距設(shè)計為2100mm×1500mm，注漿壓力為3MPa，封孔長度350mm。支護(hù)設(shè)計圖如圖1 所示。

2.2 原支護(hù)方案不足之處

原支護(hù)方案，底板處于無支護(hù)狀態(tài)，相當(dāng)于一個自由面，加之圍巖整體支護(hù)強度較低，頂板及兩幫所產(chǎn)生的集中應(yīng)力無法及時消除，圍巖高地應(yīng)力就會通過兩幫轉(zhuǎn)移至底板，此時在兩側(cè)高地應(yīng)力的作用下就會擠壓中間底板，從而形成底臌。另外，由于底板遇水易膨脹的特點，進(jìn)一步加劇了底板變形。

圖1 原支護(hù)方案

2.3 底臌原因分析及變形量觀測

實踐表明，造成該巷道底臌的原因與多方面因素有關(guān)，其中水理作用、圍巖應(yīng)力狀態(tài)、底板巖層性質(zhì)是造成底臌的主要原因。針對大陽煤礦東翼運輸巷道底板變形情況，分析原因如下：

（1）遇水膨脹。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)資料，大陽煤礦東翼運輸巷道底板直接底以砂質(zhì)泥巖和泥巖為主，蒙脫石粘土含量較多，遇水易膨脹。

（2）地應(yīng)力的作用。圍巖應(yīng)力大小與底臌量大小呈正相關(guān)關(guān)系，因此底臌量的大小一定程度上由圍巖應(yīng)力大小決定，由于該巷道所處應(yīng)力水平為高水平應(yīng)力，因此在地質(zhì)構(gòu)造上屬于典型的構(gòu)造應(yīng)力場，勢必對底板造成嚴(yán)重影響。

（3）支護(hù)強度不足。東翼運輸巷道在掘進(jìn)初期對底板采取無支護(hù)狀態(tài)，即形成一個自由面，周邊應(yīng)力全部轉(zhuǎn)移至底板，導(dǎo)致巖體流變加強，使得低強度的底板發(fā)生蠕變的速率加快，對底板進(jìn)一步產(chǎn)生破壞。

巷道掘進(jìn)后，在與運輸斜巷交叉點處往里間隔20m 分別設(shè)置三個觀測點，對巷道圍巖表面變形量進(jìn)行監(jiān)測，并繪制原支護(hù)方案下圍巖變形量與時間變化關(guān)系圖，如圖2 所示。觀察圖2 可以得出，相同的時間內(nèi)，底板的變形速率遠(yuǎn)快于兩幫變形速率，并且底臌量隨時間變化趨勢較兩幫明顯，并有增長趨勢，同時監(jiān)測點距離巷道交叉點越近，表面變形量就越大，說明底板受掘進(jìn)擾動影響十分明顯。

3 支護(hù)方案改進(jìn)

為了加強底板控制，對東翼運輸巷道進(jìn)行底臌治理，提出了“反底拱+中空注漿錨索+拱形槽鋼”聯(lián)合治理措施，具體方案如下：

頂板及兩幫采用左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿規(guī)格Ф22mm、2500mm，預(yù)應(yīng)力為70kN，間排距為800mm×900mm，幫、底腳分別布置2 根傾斜錨桿，整個斷面布置13 根；錨索采用中空注漿錨索，錨索規(guī)格Ф22mm、6300mm，能夠?qū)崿F(xiàn)全長錨固。頂及兩幫錨索間排距設(shè)計為1200mm×1400mm，底板采用反底拱形式，首先對底板進(jìn)行超挖，形成反底拱，最大深度為450mm，隨后布置3 根中空注漿錨索于其上，利用鋼帶進(jìn)行互搭連接，間排距為1600mm×1200mm，然后混凝土回填，整個斷面共布置8 根錨索；結(jié)合拱形槽鋼聯(lián)合支護(hù)，排距為600mm；鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)；最后噴漿，厚度為150mm，強度為C20。如圖3 所示。

圖2 圍巖變形量

圖3 支護(hù)方式改進(jìn)設(shè)計圖

巷道圍巖在采用新支護(hù)方案后形成一個穩(wěn)定的整體系統(tǒng)。實質(zhì)上，幫頂?shù)姆€(wěn)定對于控制底臌具有重要作用，同樣，底臌也會導(dǎo)致兩幫移近及頂板下沉，彼此之間形成一種互相制約的關(guān)系。在采用中空注漿錨索后，對于圍巖穩(wěn)定性的控制也起到?jīng)Q定性作用，不僅對于圍巖固結(jié)效果明顯，而且擴(kuò)大承載圈，改變底板受力狀態(tài)，及時轉(zhuǎn)移應(yīng)力等都具有重要意義。

4 底板治理效果對比分析

對改進(jìn)后的方案進(jìn)行底板變形量觀測并記錄如圖4 所示。

圖4 新方案變形量與時間關(guān)系圖

觀察圖4 可以發(fā)現(xiàn)，在采用新方案后測點1 底臌變形量最大達(dá)到85mm，相對原支護(hù)方案減少了87%，另外兩個測點也相對原支護(hù)方案分別下降了85%左右，說明新方案下的聯(lián)合支護(hù)方法對于底板變形量控制具有明顯效果。

5 結(jié)論

（1）大陽煤礦東翼運輸巷道底臌主要原因在于：原支護(hù)方案對頂板及兩幫進(jìn)行一次支護(hù)的情況下，由于底板處于無支護(hù)狀態(tài)，圍巖應(yīng)力的釋放及變形就會集中于底板上，在高地應(yīng)力作用下，軟弱圍巖被擠壓，產(chǎn)生變形量，因此形成擠壓流動型底臌。

（2）采用“反底拱混凝土回填+中空注漿錨索+拱形槽鋼”的聯(lián)合支護(hù)方式，能夠有效抵抗圍巖變形以及提高圍巖整體強度，底板變形量相對于原支護(hù)方案平均下降了85%左右，效果顯著。