王磊，王樹明，唐洪，高智勇

(1.陜西彬長文家坡礦業(yè)有限公司，陜西 咸陽市 712000；2.陜西彬長礦業(yè)集團(tuán)有限公司，陜西 咸陽市 712000)

巷道維修工程在礦井生產(chǎn)中占了很大一部分比重，有時(shí)甚至影響礦井正常生產(chǎn)，因此巷道維修支護(hù)質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響礦井安全生產(chǎn)。巷道維修工程施工危險(xiǎn)性高、施工機(jī)械化程度低、施工速度慢、勞動(dòng)強(qiáng)度大，特別是軟巖巷道經(jīng)多次維修后，巷道圍巖破碎、圍巖松動(dòng)圈擴(kuò)大，傳統(tǒng)錨網(wǎng)噴支護(hù)已難以有效發(fā)揮支護(hù)效果，即使勉強(qiáng)支護(hù)后，亦不能有效控制圍巖的碎脹變形，后期巷道也將再次收斂變形、重復(fù)維修作業(yè)，極大加重了礦井安全隱患及生產(chǎn)成本投入。

1 工程概況

文家坡礦41 盤區(qū)一號(hào)回風(fēng)巷已經(jīng)過3 次維修，但后期巷道局部仍然變形嚴(yán)重，離層的頂板以及冒落的矸石壓覆在3 根Ф630 mm 瓦斯抽放管上，存在極大安全隱患。

1.1 巷道圍巖變形特點(diǎn)

（1）變形量大，巷道掘進(jìn)1 年以后變形量就達(dá)到1000～2000 mm，巷道變形表現(xiàn)為噴漿層開裂吊包、局部冒頂、底鼓嚴(yán)重、底板裂縫大，巷道整體收斂變小。

（2）巷道掘進(jìn)后1 年內(nèi)變形速度較慢，但超過1 年后巷道變形速度加快，發(fā)生劇烈變形。

（3）變形持續(xù)時(shí)間長，有的巷道變形長達(dá)半年以上仍不穩(wěn)定。

（4）破壞往往出現(xiàn)在局部軟巖處，出現(xiàn)強(qiáng)烈底鼓、兩幫移近、頂板破碎，若得不到有效控制，則可能造成巷道全斷面破壞。

（5）普通錨桿支護(hù)難以湊效。

1.2 圍巖組分分析

巷道圍巖的礦物成分是決定其力學(xué)性能的根本因素，據(jù)此可分析巷道變形破壞原因，特對(duì)巷道圍巖破碎嚴(yán)重區(qū)段取樣，通過X 射線衍射試驗(yàn)分析巷道圍巖礦物成分[1]，進(jìn)而分析巷道圍巖的力學(xué)性能，找出巷道變形嚴(yán)重的根本原因，為巷道維修支護(hù)方案的確定提供依據(jù)。

分別對(duì)41 盤區(qū)一號(hào)回風(fēng)大巷中5 個(gè)取樣點(diǎn)樣品進(jìn)行X 射線衍射試驗(yàn)，根據(jù)X 射線衍射圖譜可知，巷道圍巖成分主要包括：石英、高嶺石和白云母，其中高嶺石親水性強(qiáng)，遇水膨脹，屬于黏土類泥質(zhì)膨脹巖[2]。而現(xiàn)場巷道圍巖破碎、裂隙發(fā)育、孔隙較多[3]，局部巷道頂板有淋水、底板有積水，導(dǎo)致圍巖中的高嶺石遇水膨脹、碎裂。由于高嶺石含量較高，且巷道圍巖裂隙節(jié)理發(fā)育，分析認(rèn)為此巷道屬于軟弱泥化巷道。

1.3 變形原因分析

（1）巷道埋深大。文家坡礦埋深約700 m，巷道圍巖應(yīng)力較大。

（2）受采空區(qū)影響大。41 盤區(qū)一號(hào)回風(fēng)巷距離北側(cè)的4105 工作面采空區(qū)549 m，距離南側(cè)的相鄰礦井火石咀礦采空區(qū)250 m，南北兩側(cè)采面的推采使圍巖應(yīng)力分布發(fā)生變化，導(dǎo)致底鼓及頂板變形。

（3）巷道圍巖性質(zhì)差。巷道局部圍巖以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主[4]，并且根據(jù)X 射線衍射試驗(yàn)分析，巷道圍巖組分含有高嶺石成分，其吸水后體積膨脹，產(chǎn)生很大的膨脹力，使圍巖強(qiáng)度降低或喪失。

（3）巷道圍巖蠕變影響分析。根據(jù)圍巖蠕變理論，巷道的失穩(wěn)、破壞并非單純的圍巖強(qiáng)度不足引起的，而是由于圍巖隨時(shí)間推移發(fā)生了流變變形，進(jìn)而導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)、破壞[5]。41 盤區(qū)一號(hào)回風(fēng)巷巷道掘進(jìn)時(shí)并未出現(xiàn)較大變形，處于穩(wěn)定蠕變階段且支護(hù)強(qiáng)度滿足要求，未發(fā)生蠕變，巷道也未劇烈變形；但是巷道掘進(jìn)完1 年以后，穩(wěn)定蠕變階段進(jìn)入加速蠕變階段且巷道發(fā)生劇烈變形[6]。文家坡蠕變發(fā)生的原因，是高靜載下長時(shí)蠕變對(duì)巷道周邊圍巖造成了能量積聚，在能量達(dá)到煤巖體破壞的最小勢能后發(fā)生破壞。根據(jù)礦壓觀測結(jié)果和巷道維護(hù)狀況，目前的錨網(wǎng)索噴支護(hù)滿足文家坡生產(chǎn)需求但無法有效解決巷道蠕變問題，需要針對(duì)這種情況采取措施控制該類巷道圍巖變形。

2 巷道維修支護(hù)方案

該巷道已修復(fù)多次，巷道圍巖嚴(yán)重破碎、松動(dòng)圈擴(kuò)大，如采用傳統(tǒng)錨桿支護(hù)，一是錨桿施工時(shí)因圍巖破碎易造成錨桿大面積失效，二是支護(hù)的錨桿大多位于巷道圍巖破碎區(qū)，難以達(dá)到設(shè)計(jì)的支護(hù)效果，因此巷道維修支護(hù)采用全錨索支護(hù)以加大錨固范圍；同時(shí)考慮巷道成型差、廢舊錨桿（索）較多，鋼帶難以架設(shè)，為了增加巷道護(hù)表支護(hù)強(qiáng)度，采用雙層鋼筋網(wǎng)支護(hù)。

（1）巷道維修區(qū)域?qū)嵭腥珨嗝鏀U(kuò)刷，采用先頂后幫施工順序逐排進(jìn)行。

（2）每排施工17 根Φ18.9 mm×3500 mm 短錨索，間排距700 mm×700 mm，每根短錨索使用1 卷MSZ23/60 和1 卷MSK23/35 型樹脂藥卷，短錨索錨固力應(yīng)不低于110 kN，短錨索托盤采用150 mm×150 mm×12 mm 鋼托盤，外露長度為150～250 mm；每排施工5 根Φ21.8 mm×7100 mm 錨索，間排距為1200 mm×700 mm，如圖1 所示，每根錨索使用3 卷MSZ23/60 和1 卷MSK23/35 型樹脂藥卷，錨索錨固力不低于300 kN，Φ21.8 mm 錨索托板采用300 mm×300 mm×16 mm 碟形鋼板；

圖1 41 盤區(qū)一號(hào)回風(fēng)巷巷修支護(hù)斷面（單位：mm）

（3）鋼筋網(wǎng)采用Φ6 mm 的Q235 金屬網(wǎng)，網(wǎng)格為100 mm×100 mm，雙層布置，上下層網(wǎng)片網(wǎng)格錯(cuò)位50 mm 布置、形成50 mm×50 mm 新網(wǎng)格，搭接長度為100 mm，相鄰兩片網(wǎng)片用16#鐵絲連接、雙排扣距為200 mm。

（4）錨網(wǎng)索支護(hù)結(jié)束后，噴射混凝土初噴50 mm 厚。

（5）注水泥漿加固破碎圍巖。利用注漿可以有效充填破碎圍巖孔隙，并且將破碎的巖體、孔隙膠結(jié)起來，膠結(jié)后的圍巖在力學(xué)性能上會(huì)有顯著提升[7]，提高圍巖整體的力學(xué)性能，弱化破裂巖塊之間的應(yīng)力集中現(xiàn)象，使破碎圍巖重新形成承載結(jié)構(gòu)。為了加大注漿膠結(jié)范圍、提高注漿充填效果，注漿分為淺部封孔注漿、深部加固注漿兩部分，注漿參數(shù)分別如下。

淺部封孔注漿。巷道破碎圍巖外圍裂隙發(fā)育、孔隙較多，為了防止注漿時(shí)漿液沿破碎孔隙外泄，先用約1.0 MPa 的較小注漿壓力對(duì)破碎圍巖外圍注漿膠結(jié)，形成“帷幕”效果。淺部注漿孔孔深1500 mm、孔徑34 mm，按照間距2100 mm、排距1400 mm呈“878”布置，注漿管采用Φ32 mm×1000 mm 的注漿鋼管，注漿壓力為0.5～1.0 MPa，當(dāng)注漿壓力達(dá)到最大值時(shí)保持此壓力20 min，可關(guān)閉閥門結(jié)束注漿。

深部加固注漿。深部注漿孔孔深5500 mm、孔徑34 mm，按照間距1400 mm、排距1400 mm 呈“323”布置，注漿管采用Φ32 mm×3000 mm 的注漿鋼管，注漿壓力為1.0～3.0 MPa，當(dāng)注漿壓力達(dá)到最大值時(shí)保持此壓力20 min，可關(guān)閉閥門結(jié)束注漿。

（6）對(duì)巷道圍巖破碎嚴(yán)重區(qū)段，再架設(shè)29#U型棚支護(hù)，棚距為700 mm。

（7）以上支護(hù)加固完成后，再噴射混凝土復(fù)噴70 mm 厚。

3 數(shù)值模擬分析

應(yīng)用FLAC3D有限元計(jì)算軟件對(duì)巷道維修支護(hù)方案進(jìn)行數(shù)值模擬分析，巷修支護(hù)參數(shù)數(shù)值模擬分析如圖2 所示。

由圖2 分析可得，巷道垂直即頂?shù)装逡平繛?.42 m，水平位移即兩幫移近量為0.31 m；垂直應(yīng)力為1.78 MPa，水平應(yīng)力為16.4 MPa，巷道變形位移與圍巖應(yīng)力均較小，說明錨固承載體支護(hù)符合要求。

圖2 41 盤區(qū)一號(hào)回風(fēng)巷數(shù)值模擬

4 結(jié)論

實(shí)踐證明，采用該巷道維修方案后，取得了較好的效果。為了監(jiān)測巷道維修支護(hù)效果，巷道維修期間在41 盤區(qū)一號(hào)回風(fēng)巷內(nèi)布置了表面位移測站、錨索測力計(jì)測站和頂板離層儀，以此監(jiān)測巷道頂?shù)装逡平?、兩幫移近量、頂板離層大小和錨索受力大小。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析：巷道圍巖收斂變形正常[8]，頂板無明顯下沉，錨網(wǎng)注支護(hù)發(fā)揮顯著支護(hù)作用，明顯提高了巷道支護(hù)效果。