李鵬程

（朔州煤電公司安全管理監(jiān)察分局，山西 懷仁 038300）

隨著礦井采掘深度的增加，回采巷道掘進(jìn)受到復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造及高地應(yīng)力等因素多重影響，特別是巷道在軟巖中掘進(jìn)時(shí)，圍巖短期變形及蠕變變形嚴(yán)重[1-2]。眾多學(xué)者結(jié)合軟巖掘進(jìn)時(shí)巷道圍巖變形特征提出采用關(guān)鍵部位耦合支護(hù)、錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護(hù)以及架棚支護(hù)等支護(hù)措施，取得顯著應(yīng)用成果[3-6]。小峪礦南翼回風(fēng)大巷在掘進(jìn)過程中圍巖變形量過大，給巷道后續(xù)使用帶來安全威脅。

1 概況

南翼軌道大巷埋深400 m，沿著22 煤層底板掘進(jìn)，22 煤層厚度平均3.36 m，直接頂、直接底均為松軟的泥巖。具體頂?shù)装鍘r性如圖1。

南翼軌道大巷掘進(jìn)斷面為半圓拱型，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)工藝，支護(hù)設(shè)計(jì)如圖2。

南翼軌道大巷掘進(jìn)完成后出現(xiàn)圍巖變形量過快、錨桿失效、嚴(yán)重底鼓問題，巷道掘進(jìn)完成2 個(gè)月內(nèi)底板底鼓嚴(yán)重，棚腿出現(xiàn)傾斜，拱頂出現(xiàn)顯著下沉，其中尤以底鼓最為明顯。同時(shí)，錨桿部分已失效，從巖體內(nèi)整體拔出，未出現(xiàn)剪切、拉伸等破壞形式。

圖1 頂?shù)装鍘r性

圖2 巷道原支護(hù)方案

南翼運(yùn)輸巷圍巖變形過大，主要是由于巷道錨桿在松軟泥巖中出現(xiàn)脫落，錨桿支護(hù)時(shí)初期錨固力雖然達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但在后期應(yīng)力擾動(dòng)、圍巖蠕變變形影響下，錨桿端部錨固材料與巖體間的粘聚力小于巖體塑性流變壓力，從而導(dǎo)致錨固端錨桿與巖體間膠結(jié)面被破壞，使得錨固力快速失效。

2 巷道頂?shù)装鍘r層巖性成分分析

2.1 巖性成分分析

取巷道圍巖巖樣進(jìn)行加工、測試以及分析，并采用XRF、XRD 測試巖體成分，其中發(fā)現(xiàn)圍巖中含有較高的黏土成分，見表1。

表1 巖樣主要礦物成分

結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研并與軟巖標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照，確認(rèn)南翼回風(fēng)大巷圍巖為弱膠結(jié)軟巖。

2.2 圍巖崩解測試

由于22 煤層上覆存在有富水性中等的裂隙水含水層，巷道頂板出現(xiàn)一定程度淋水，加之圍巖測試發(fā)現(xiàn)含有較高的黏土成分，為此，為了掌握圍巖變形特征，提出對(duì)圍巖進(jìn)行崩解性測試。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)巖樣進(jìn)行循環(huán)崩解測試，具體典型巖樣測試過程中形態(tài)如圖3。

圖3 巖樣測試過程中形態(tài)

從圖3 看出，巖樣經(jīng)過第1 次干濕循環(huán)后，整體變得更為粗糙且發(fā)育裂紋，巖樣部分脫落；經(jīng)過第2 次干濕循環(huán)后，巖樣整體遭受明顯破壞，僅存在有一塊體積較大的碎塊且在碎塊表層發(fā)育有網(wǎng)狀裂隙，其余均出現(xiàn)崩解。

3 巷道圍巖變形控制技術(shù)

根據(jù)以往研究成果并結(jié)合巷道支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，提出采用矩形鋼管混凝土拱架+注漿+錨桿支護(hù)方式對(duì)圍巖進(jìn)行治理[7]。

3.1 技術(shù)方案

3.1.1 支護(hù)設(shè)計(jì)

矩形鋼管混凝土拱架+錨網(wǎng)索支護(hù)時(shí)，錨網(wǎng)索參數(shù)仍按照原支護(hù)方案，錨桿采用Ф20 mm×2500 mm 螺紋鋼錨桿，間排距按照800 mm×1000 mm 布置；錨索規(guī)格為Ф17.8 mm×8000 mm 鋼絞線，間排距為2000 mm×1000 mm。將原有的鋼架棚結(jié)構(gòu)改成矩形鋼管混凝土拱架結(jié)構(gòu)。

矩形鋼管混凝土拱架結(jié)構(gòu)主要包括兩側(cè)拱弦及拱腿等，配備有鐵鞋、護(hù)板以及拉桿等結(jié)構(gòu)。矩形鋼管混凝土拱架采用的鋼管壁厚為8 mm、長、寬均為150 mm，每個(gè)拱架上均預(yù)留有注漿孔（拱架底部）及排氣孔（拱架頂部），拱架搭設(shè)后形成的凈寬、凈高分別為5000 mm、4300 mm，拱架搭設(shè)間距為1000 mm。為了提高拱架穩(wěn)定性，在拱腰位置采用錨桿、護(hù)板等固定，拱架與圍巖間空隙采用C20 混凝土充填。

巷道重新修整完畢后，采用錨網(wǎng)索立刻對(duì)圍巖進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)完成后即對(duì)圍巖進(jìn)行注漿、搭設(shè)矩形鋼管混凝土拱架，拱架搭設(shè)完畢后從注漿孔位置鋼管中注入混凝土，待排氣孔中有混凝土溢出后停止注漿。

3.1.2 注漿加固

由于巷道沿著煤層底板掘進(jìn)，考慮到22 煤具有自然發(fā)火危險(xiǎn)性，若采用化學(xué)注漿材料加固圍巖，則材料在膠結(jié)過程中釋放的熱量會(huì)增加煤層自然發(fā)火概率，增加安全風(fēng)險(xiǎn)；選用普通水泥單液漿注漿時(shí)，漿液中水分與圍巖中高嶺土成分結(jié)合，會(huì)使得圍巖中細(xì)微裂隙被彌合，降低注漿效果，甚至引起圍巖結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等問題。通過綜合分析，提出選用親泥性注漿材料加固圍巖，該材料在膠結(jié)過程中不產(chǎn)生熱量，較普通水泥漿具備更強(qiáng)的抗壓、抗拉強(qiáng)度，擴(kuò)散半徑更大，同時(shí)緩凝性更好，便于注漿。親泥性注漿材料與普通水泥漿性能參數(shù)比對(duì)結(jié)果見表2。

表2 親泥性注漿材料與普通水泥漿性能參數(shù)比對(duì)表

待巷道臨時(shí)支護(hù)完成后，先對(duì)巷道底板進(jìn)行注漿（注漿深度為2 m），然后施工底板錨桿，最后對(duì)巷道全斷面進(jìn)行高壓注漿。底板注漿采用3 m 長注漿管，頂板及巷幫注漿采用中空注漿錨桿，巷道每隔5 m 布置一排注漿孔。為了提高圍巖加固效果，注漿采用間隔復(fù)注方式，具體如圖4，即為先依次對(duì)1-1、3-3、5-5 斷面進(jìn)行注漿，待注漿完成之后再進(jìn)行2-2、4-4、6-6 斷面復(fù)合注漿，注漿壓力均設(shè)計(jì)為2～5 MPa。

圖4 間隔注漿示意圖

3.2 圍巖控制效果

待巷道修整后，即對(duì)巷道圍巖變形情況進(jìn)行觀測，具體注漿加固前后圍巖變形情況如圖5。

圖5 注漿加固前后圍巖變形

從圖中看出，對(duì)巷道圍巖注漿加固后，圍巖變形量顯著降低，最終注漿加固完成10 d 后圍巖趨于穩(wěn)定，頂、底板最大變形量為151 mm（其中底鼓量為95 mm）、巷幫收斂量為85 mm。支護(hù)完成后的現(xiàn)場情況如圖6。

圖6 支護(hù)完成后的現(xiàn)場情況

4 結(jié)語

（1）小峪礦南翼回風(fēng)大巷圍巖變形較大主要原因是巷道頂?shù)装鍘r層為松軟泥巖且泥巖中含有大量的高嶺土，巷道頂板裂隙水含水層沿著裂隙從頂板淋出后會(huì)進(jìn)一步降低泥巖強(qiáng)度，甚至造成圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

（2）采用矩形鋼管混凝土拱架+錨網(wǎng)索+注漿方式對(duì)圍巖變形進(jìn)行控制。為注漿選用親泥性注漿，不僅可封堵導(dǎo)水裂隙而且可提高圍巖強(qiáng)度。

（3）巷道支護(hù)完成后10 d 圍巖變形基本趨于穩(wěn)定，頂、底板變形以底鼓為主，最大變形量為151 mm，巷幫最大收斂量為85 mm，能夠滿足安全生產(chǎn)需要，達(dá)到設(shè)計(jì)圍巖控制效果。