盧 軍

（煤炭工業(yè)石家莊設(shè)計研究院貴州分院）

在地下煤炭資源開采過程中，巷道圍巖變形機理與加固控制技術(shù)是一直被研究的重要內(nèi)容。井下巷道圍巖穩(wěn)定性關(guān)乎煤炭資源的正常生產(chǎn)［1］。井下硐室作為巷道的一種，尤其是深部開采下的軟巖硐室，其安全性更是影響著礦井生產(chǎn)的效率與安全［2］。對于軟巖硐室聯(lián)合加固技術(shù)，諸多學(xué)者做了大量相關(guān)研究，并在理論與實踐上都取得了相應(yīng)成果。深部高應(yīng)力軟巖硐室圍巖控制理論與技術(shù)已經(jīng)形成一套系統(tǒng)。通過研究深部開采軟巖硐室圍巖與支護(hù)加固體作用機理，得出硐室圍巖應(yīng)力的控制方法主要包括圍巖加固法、卸壓法以及聯(lián)合法等有效措施［3-7］。但是深部開采軟巖硐室圍巖變形與破裂事故仍然時有發(fā)生，因此，對深部開采軟巖硐室聯(lián)合加固技術(shù)的研究需要長期進(jìn)行［8］。

1 工程背景

貴州某礦煤炭資源儲量豐富，整個礦區(qū)煤炭賦存超過50 層，含煤地層平均總厚度超過350 m，煤層總厚度為43 m，含煤系數(shù)為12%，其中井田內(nèi)可采煤層18 層，可采煤層總厚為25 m，包括全區(qū)可采煤層11.7 m，大部分可采煤層8.9 m，局部可采煤層3.5 m。井田內(nèi)已發(fā)現(xiàn)斷層上百條，大部分出露于地表，其余全部是隱伏斷層。煤組隔水層厚度較大，覆巖裂隙較小。貴州礦區(qū)地處云貴高原，煤層埋深較大，煤層覆巖大多為泥巖，巖性較為軟弱。這種開采條件存在高應(yīng)力環(huán)境，并且煤巖體較為軟弱，嚴(yán)重加劇了巷道圍巖變形破壞程度。該井田下硐室布置較多，在高應(yīng)力環(huán)境下硐室容易變形失穩(wěn)，對硐室采取聯(lián)合加固技術(shù)，防治硐室破壞是確保煤炭資源安全高效開采的前提。

2 硐室聯(lián)合布置原理

硐室在礦井中具有重要作用，在礦井中硐室主要有變電所、水倉、人員避難硐室等，合理地布置硐室有利于提高礦井的工作效率，充分發(fā)揮礦井系統(tǒng)的潛力，保證礦井安全生產(chǎn)。一般需要根據(jù)礦井的地質(zhì)情況、煤層的分布及儲存情況合理布置硐室。通常有同位布置和錯位布置2 種。同位布置在薄煤層、中厚煤層、厚煤層中均適用，硐室在同一層位之間，平行分布，相隔一定距離，減小相鄰硐室圍巖相互影響。通過同位布置，可以有效防止應(yīng)力疊加，巷道圍巖壓力過大造成巷道大變形。而錯位布置對礦井煤層儲存要求較高，主要適用于厚煤層及特厚煤層中。硐室之間錯位布置且開挖間隔一定距離，防止開挖造成應(yīng)力集中且發(fā)生疊加效應(yīng)，有利于井下圍巖控制，減少礦井巷道圍巖變形，保證巷道的安全掘進(jìn)。硐室同位與錯位布置方式如圖1所示。

3 深部軟巖硐室圍巖變形特征分析

通過對深部軟巖硐室圍巖進(jìn)行鉆孔窺視，可以更加準(zhǔn)確地分析深部軟巖硐室圍巖力學(xué)特性，鉆孔窺視探測原理是利用向圍巖中打入鉆孔到一定深度，通過窺視畫面，直觀地分析圍巖的破壞程度及周圍裂隙發(fā)育程度，具有操作簡單、成本較低、分析便捷等優(yōu)點。通過鉆孔窺視儀的應(yīng)用與分析，進(jìn)一步深化對巷道穩(wěn)定性影響的研究。如圖2所示，向圍巖中打入深度為24 m 的鉆孔，進(jìn)行觀測。通過鉆孔數(shù)據(jù)分析，在剛揭露鉆孔的位置，巖體較為完整，結(jié)構(gòu)未被破壞，有少量橫向裂隙分布，存在部分夾煤，圍巖的完整性較高。3～5 m 圍巖裂隙開始逐步增多，且出現(xiàn)分裂塊，圍巖凹凸不平，其圍巖完整性相對減弱。10 m 以后，圍巖裂隙增多，裂隙周圍出現(xiàn)了較多破碎塊，巖體整體越發(fā)不穩(wěn)定。12～18 m 裂隙繼續(xù)增多，范圍繼續(xù)擴(kuò)大，且裂隙深度較大，多處出現(xiàn)較為密集的大量裂隙，較多破碎塊段區(qū)域，圍巖完整性較差，該范圍內(nèi)的頂板整體受該裂隙影響較大，圍巖破碎較為嚴(yán)重。22 m 以后，僅局部存在少量裂隙，這些裂隙較為分散，對頂板穩(wěn)定性影響較弱。巖體整體越發(fā)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)完整，僅在不同位置存在局部裂紋，巖層內(nèi)節(jié)理、裂隙發(fā)育特征不明顯，逐步進(jìn)入圍巖相對穩(wěn)定的區(qū)域，僅僅在局部范圍內(nèi)分布有少量的微小裂隙，裂隙分布較為分散，且破碎塊段較少。

4 硐室加固技術(shù)與效果

深部軟巖硐室加固主要采取錨注聯(lián)合加固技術(shù)，注漿技術(shù)在工程實踐會受到注漿孔深度、添加注漿劑類型以及水灰比等多種因素的影響。在對硐室圍巖節(jié)理裂隙探明的條件下，有針對性地將注漿劑注入圍巖裂隙，起到黏結(jié)破裂巖體，使圍巖硬化的作用，有效增加硐室圍巖承載力，進(jìn)而達(dá)到防止圍巖變形與破壞的作用。聯(lián)合加固環(huán)節(jié)主要包括錨桿錨索對硐室的錨固，采用可注漿式錨桿。打孔后，在錨固封孔段套裝上快硬水泥空心藥卷，蘸水3～5 s后迅速插入鉆孔中，使可注漿式錨桿擋環(huán)貼緊到變徑臺階上，再用專門的搗桿將藥卷搗實，使之與孔壁密接，最后戴上托盤、螺母和注漿聯(lián)接頭等。錨注聯(lián)合加固技術(shù)中，錨固與注漿相互協(xié)調(diào)，共同作用，才能起到很好的錨固效果。

深部軟巖硐室加固技術(shù)對于礦井開采意義重大，圍巖松軟時，圍巖變形大，控制難度也大，合理地支護(hù)有利于巷道變形控制，有利于巷道的安全掘進(jìn)。礦井一般采用錨索、錨桿進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。礦井巷道開挖后，由于受到開采擾動所產(chǎn)生的圍巖壓力，巷道兩幫易發(fā)生變形，此時錨桿、錨索支護(hù)效果產(chǎn)生，有效地控制形變。錨桿、錨索受力監(jiān)測數(shù)據(jù)及巷道兩幫變形量數(shù)據(jù)見圖3。

由圖3 分析得到：在0～10 d，巷道兩幫移近量不大于20 cm，錨桿受力小于40 kN，錨索受力最大為70 kN，受力小于支護(hù)破斷值，巷道支護(hù)可靠有效；在10～30 d，巷道發(fā)生較大變形，兩幫移近速度加快，其變形移近量最大接近50 cm，巷道發(fā)生較大變形主要是由于圍巖壓力達(dá)到錨桿應(yīng)力支護(hù)最大值，當(dāng)巷道繼續(xù)變形，其支護(hù)主要由錨索來承擔(dān)，因此這一階段錨索受力急劇增加；30 d 以后，錨桿、錨索受力趨于穩(wěn)定，錨桿受力在50 kN 左右，錨索受力在160 kN 左右，巷道兩幫移近量在50 cm 左右，移近速度逐漸降低，圍巖兩幫移近總量趨于平穩(wěn)，硐室變形總量能夠得到明顯控制。該項支護(hù)方案對于控制軟巖硐室的變形具有良好效果。

5 結(jié)論

通過對深部高應(yīng)力開采條件軟巖硐室的圍巖變形與破壞問題的分析，借助于鉆孔窺視等手段，在現(xiàn)場監(jiān)測了硐室圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育情況，了解了硐室圍巖內(nèi)部斷裂尺度，提出了科學(xué)合理的硐室錨注聯(lián)合加固控制技術(shù)，并在現(xiàn)場工程實踐中驗證了硐室錨注聯(lián)合加固的效果。