董易鑫，王吉凱

（鐵法煤業(yè)（集團）有限責任公司小康煤礦，遼寧 調兵山 110500）

在巷道掘進施工中，遇到破碎、軟弱圍巖必須要采取加固、支護措施，防止掘進過程中出現坍塌事故。目前常用的支護形式有多種，中空注漿錨索可同時發(fā)揮巷道支護與表面修復的效果，在提高巷道結構穩(wěn)定性、減輕圍巖應力的基礎上，向破碎圍巖注入漿液，起到封堵裂隙、阻水防滲的效果，因此在提高巷道安全性方面優(yōu)勢更加明顯。

1 工程概況

某礦區(qū)巖層以泥巖、炭質泥巖等軟巖為主，煤層頂、底板巖石風化程度較高、裂隙發(fā)育，抗壓能力差。巷道掘進作業(yè)中，地下水富集現象明顯，圍巖遇水后破碎，有明顯的軟化、泥化情況，無法滿足巷道支護要求。為避免巷道嚴重變形、保障掘進作業(yè)的安全和順利進行，施工中需要先進行巷道斷面形狀修復，然后再配合支護措施，保證巷道結構穩(wěn)定。礦區(qū)高應力軟巖巷道布置見圖1。

2 高應力軟巖巷道斷面形狀修復支護技術

2.1 中空注漿錨索修復技術

2.1.1 施工準備

安排設備和材料進場，并對照施工技術方案對設備型號、材料參數等進行嚴格檢查。在巷道中空注漿錨索修復施工中，選用SKZ22-1/1770 中空注漿型錨索，全長為4.28 m，使用配套的MSK2835 樹脂錨固劑。整個錨索結構見圖2。

2.1.2 巷道斷面形狀修復施工

參考設計圖紙在巷道中確定注漿錨索的安裝位置，保證排間距為2 400 mm×3 200 mm。施工前安排技術人員檢查一遍巷道圍巖情況，保證圍巖結構完整，可降低注漿作業(yè)時發(fā)生漏漿的概率。復核注漿錨索的位置，然后使用鉆機打孔。打孔時密切觀測孔深，防止超鉆和欠鉆的情況，孔深誤差不得超過±5 mm。錨索孔鉆成后，檢查成孔情況，無塌孔、涌水現象即為鉆孔成功。使用工具將錨索孔內的泥土、石屑等雜質清理干凈，并沖刷錨索孔。選擇合適大小的止?jié){塞，通過擠壓使其變形并嵌入到錨索孔中，最后安裝錨索，錨索下端接觸到錨索孔的底部后，旋轉錨索盤使錨索得以固定，完成錨索的施工[1]。此時地面施工人員檢查注漿泵，清洗拌料桶，然后將制備好的泥漿倒入拌料桶中，設定好注漿泵的各項參數，包括注漿壓力、注漿時間等，連接注漿軟管后啟動設備開始逐漸。整個施工過程見圖3。

2.2 中空注漿施工技術

2.2.1 注漿材料的選用

本次工程中使用的注漿材料為“水泥——水玻璃”復合漿液。水泥選用P.042.5 普通硅酸鹽水泥，水玻璃選用濃度為50°Be，兩者按照1:1 的比例混合制得復合漿液[2]。錨索注漿作業(yè)時采用單液水泥漿，封孔時采用雙液漿。備用材料為木屑，如果注漿期間出現有漏漿、串漿等情況，可以將木屑摻入泥漿中，增加其粘稠度，并替換原始泥漿起到封堵、止漏的效果。

2.2.2 壓水試驗

根據前期的地質勘察結果，可知該礦區(qū)巷道圍巖裂隙發(fā)育，并且應力較大、質地較軟。在注漿作業(yè)時，如果注漿泵的壓力偏低，則漿液擴散半徑太小，達不到加固圍巖的效果；相反，如果注漿泵的壓力偏高，則容易出現漏漿、跑漿的情況。因此，在中空注漿施工中，必須要對已經打好的錨索孔進行壓水試驗，確定最佳的注漿壓力。向注漿泵的儲料桶中加入清水，然后啟動注漿泵并持續(xù)增加壓力。每個壓力等級下持續(xù)壓水時間為10 min，直到錨索孔出現明顯滲水情況后，停止壓水試驗[3]。由于泥漿的粘稠度較高，因此可以將當前壓力作為注漿施工時的壓力。

2.2.3 巷道頂板修復管理

在采用中空注漿錨索修復巷道頂板時，現場施工管理人員還要注意以下技術要點：

（1） 注漿施工期間，應安排專人觀察頂板情況。如果現場未采取其他的加強支護措施，禁止拆除原先設置的單體支護。如果原先支設的單體影響掘進施工的正常進行，可以選擇鄰近位置重新支護，并且經測算頂板結構穩(wěn)定后，方可將支設的單體拆除。

（2） 處理巷道內的危巖懸矸時，應按照“先易后難”的順序依次處理。首先選擇支護完好的位置，施工人員手持長度為2.0 的鋼釬拆除危巖懸矸，作業(yè)時要求斜巷下方10 m 內不需站人。拆除危巖懸矸后，使用掃把清理表面，然后使用網兜覆蓋，防止巷道掘進作業(yè)時出現危石掉落砸傷施工人員的情況[4]。

（3） 放頂作業(yè)前檢查巷道頂板支護情況。如果頂板已經安裝有錨索桁架梁，則不必另外采取加強支護措施；相反，如果沒有錨索桁架梁，則必須在巷道內使用直徑不低于20 mm 的錨索重新布置桁架梁。

2.3 新掘段巷道斷面支護技術

2.3.1 巷道斷面的優(yōu)化與支護

在巷道掘進中，隨著掘進深度的增加，高應力作用下巷道頂部托煤處容易出現拱頂現象，嚴重時還會發(fā)生錨桿與鋼帶斷裂事故。因此，對于新掘段巷道必須采取斷面優(yōu)化與支護措施。具體如下：

在斷面形狀上，將原來的拱形斷面優(yōu)化成梯形斷面，優(yōu)化后巷道凈高為3.7 m，凈寬為4.6 m，凈面積為17.02 m2。巷道頂板部分使用四根錨桿、兩根錨索，配合鋼塑網進行支護。錨桿選用的是MSGLG-335 等強螺紋鋼樹脂錨桿，直徑為20 mm，長度為2 200 mm，錨桿間距和排距統(tǒng)一設定為1 100 mm。錨索直徑為17.8 mm，長度為7 000 mm，間距為2 500 mm，排距為3 300 mm。采用可支持雙向拉伸的鋼塑網作為兜網。錨桿的下端使用Z2335 型樹脂錨固劑，可以將錨桿承受拉力增加70 KN，進一步提高錨索加固效果。巷道斷面支護見圖4。

2.3.2 巷道圍巖的注漿加固

巷道掘進時如果遇到明顯斷層或嚴重破碎帶，需要采取注漿加固措施。本次工程中采用壓力注漿方式加固巷道軟弱圍巖。在圍巖處鉆孔，將注漿管插入孔內。注漿管的另一端連接注漿泵，設定好壓力參數后開始進行壓力注漿。在壓力作用下，漿液經過注漿管的端頭充填到圍巖裂隙中。等到漿液凝固后，可以將原本破碎、軟弱的圍巖重新連接成堅硬的整體，從而達到穩(wěn)固圍巖的效果。注漿加固除了能夠提高圍巖承載力，還能發(fā)揮阻水防滲的效果，對避免巷道內涌水也有一定效果。

3 巷道修復段變形觀測

3.1 觀測內容與測點布置

完成巷道斷面形狀優(yōu)化、修復支護后，還要選取若干監(jiān)測點，密切觀測修復后巷道頂板和圍巖的變化情況。如果觀測到某處變形明顯或應力集中，需要及時采取額外的支護措施或消解應力，避免因為變形嚴重、應力過大而導致巷道塌陷。以巷道開門點為參照，分別在距離開門點200 m 處、400 m 處、600 m 處和800 m 處，各布置1 個表面位移測站。采用十字布點法計算出兩道兩側以及頂底板的位移量。在巷道兩側和頂底板鉆孔，使用直徑為350 mm 的木質錨桿固定在巷道兩側的鉆孔上，并釘上鐵釘。底板用一條長度為350 mm、直徑為20 mm 的螺紋錨桿固定。以頂板為A、底板為B、左側為C、右側為D，AB 和CD 相交于O點，呈十字型[5]。為消除測量誤差，按照上述布置方法在每個測站選取3 個測點，統(tǒng)計各測點的表面位移值。

3.2 觀測結果

巷道修復留巷段各測點的觀測結果見表1。

結合表1 統(tǒng)計數據可以發(fā)現，在距離開門點較近時變形量較大，隨著掘進深度的增加，變形量減小。以巷道頂底板為例，在200 m 處3 個監(jiān)測點的變形量分別為56 mm、41 mm、39 mm；而800 m 處3 個監(jiān)測點的變形量分別為8 mm、10 mm、6 mm。

表1 巷道修復留巷段觀測結果（單位：mm）

分析其原因，在巷道開挖初期，由于巷道掘進打破了原來巖土結構的平衡狀態(tài)，造成巷道圍巖應力的重新分布，因此表現出比較明顯的變形和移動。從觀測數據來看，在巷道掘進期兩側移近速度平均在3.9 mm/d，頂底板的移近速度平均在4.2 mm/d。在工作面回采時，受到工作面前方和采空區(qū)兩側支承壓力的影響，圍巖應力再次發(fā)生改變。此時工作面回采區(qū)由于采動強烈，因此變形和位移明顯；而在巷道深處，由于采動影響較小，因此變形和位移不明顯?？傮w來看，本次工程中采用斷面修復和中空注漿支護處理后，巷道加固效果良好，在巷道掘進和工作面回采時均保持穩(wěn)定，營造了安全的作業(yè)環(huán)境，達到了設計預期。

4 結論

在高應力軟巖地質條件下進行巷道掘進施工時，必須要考慮巷道開挖對周圍巖土結構帶來的擾動影響，并在巷道內采取必要的支護措施，以保證巷道掘進安全。在本次工程中，結合地質條件和巖土結構特點，通過斷面形狀優(yōu)化，將拱形巷道改造為結構更加穩(wěn)定的梯形巷道，同時在巷道內采取了中空注漿錨索支護技術。注漿加固完畢后，對巷道不同位置進行了變形觀測，結果表明除了在開門點因為巷道掘進擾動導致巷道兩側及頂底板變形較大外，在隨著巷道掘進深度的增加，變形量逐漸減小。在距離開門點800 m處，巷道頂底板與兩側變形量均降低到10 mm 以內，說明本次支護處理取得理想效果。