張海志 張紅武 李學(xué)樓

摘要：在大埋深、高地應(yīng)力、斷層帶的軟巖煤倉中，采用錨桿、錨網(wǎng)、錨索及噴漿+注樹脂漿聯(lián)合支護(hù)的形式。通過該聯(lián)合支護(hù)形式把深部圍巖強(qiáng)度調(diào)動起來，主動、有效強(qiáng)化圍巖強(qiáng)度和保持圍巖穩(wěn)定，阻止圍巖的進(jìn)一步破碎及流變變形，加強(qiáng)圍巖與支護(hù)體承載的強(qiáng)度，提高圍巖的整體性和實(shí)現(xiàn)主動支護(hù)，增強(qiáng)主動承載能力。該聯(lián)合支護(hù)形式有效的控制了煤倉的收斂變形及倉壁垮落現(xiàn)象，大大減少了維修量，提高了煤倉的服務(wù)年限。

關(guān)鍵詞：高地應(yīng)力 煤倉 聯(lián)合支護(hù) 主動承載

平煤股份十一礦施工的二水平丁六采區(qū)由于受張莊逆斷層和鍋底山正斷層的影響，其走向及傾角在東西方向上變化較大：53勘探線以東走向?yàn)镹：325°，58勘探線以西走向?yàn)镹：295°，其間區(qū)域?yàn)镹：300°左右；52線以東煤層傾角相對較大為8～14°，一般為9°左右，56線以西次之，為7～10°，一般為8°左右，兩勘探線之間相對較緩，為6～8°，一般為7°左右。區(qū)內(nèi)存在范莊逆斷層和張莊逆斷層，走向分別為北偏西30～35°和北偏西40～17°，傾向均為北東向，傾角分別為20～30°和17～45°，落差分別為20米和20～52米，對采區(qū)影響較大。而丁5-6-22122煤倉在此影響范圍內(nèi)，該煤倉已經(jīng)過多次不同形式的維修，圍巖松動范圍較大。

通過研究和確定方案，我們采用錨桿、錨網(wǎng)、錨索及噴漿+注樹脂漿聯(lián)合支護(hù)的形式。

1 維修煤倉聯(lián)合支護(hù)應(yīng)用可行性論證

1.1 煤倉圍巖破壞機(jī)理研究分析

煤倉施工后，由于直徑大，埋藏深應(yīng)力重分布顯現(xiàn)劇烈，周邊徑向應(yīng)力降低，切向應(yīng)力卻增高，使應(yīng)力圓迅速擴(kuò)大至極限平衡狀態(tài)。隨著徑向變形的產(chǎn)生，巖體進(jìn)入塑性后，切向應(yīng)力就不再增大，反而由于圍巖強(qiáng)度逐漸降低而下降，使圍巖形成破壞，當(dāng)塑性區(qū)擴(kuò)展到一定程度出現(xiàn)塑性破裂，巖石粘聚力和摩擦角相應(yīng)降低，引起圍巖松動，這時(shí)塑性形變承載力將轉(zhuǎn)化為松動壓力，且可能達(dá)到很大的數(shù)值，導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)。初始支護(hù)采用錨桿噴支護(hù)或錨索噴支護(hù)或錨桿錨索噴聯(lián)合支護(hù)，由于澆注混凝土支護(hù)剛度大，不能適應(yīng)大直徑煤倉開掘初期及應(yīng)力峰值期變形速度快、變形量大的特點(diǎn)；在錨桿支護(hù)中，由于煤倉直徑大埋藏深，淺部圍巖變形迅速，從而降低了錨桿的錨固作用，使錨桿在很低錨固水平下工作，而且隨著圍巖的變形，圍巖應(yīng)力不斷向深部遷移，錨固力不斷散失。軟巖巷道的大變形，特別是深部巖體和淺部巖體的非均勻變形在錨桿上產(chǎn)生較大的剪力，相應(yīng)地要求錨桿提供更大的錨固力。被錨桿加固的圍巖比較松軟，其抗壓強(qiáng)度低于地壓應(yīng)力值，圍巖就要產(chǎn)生流動性變形，造成噴層脫落，繼而片幫垮落，不能保持噴層及圍巖表層的完整。圍巖較松軟破碎，無法實(shí)現(xiàn)錨桿的主動支護(hù)；另一方面，錨桿錨索噴聯(lián)合支護(hù)雖然將擴(kuò)大煤倉的支護(hù)范圍，能把深部圍巖強(qiáng)度調(diào)動起來，和淺部支護(hù)巖體共同作用，但錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)密度大，破壞了圍巖的整體性，同時(shí)由于煤倉直徑大埋藏深，使得錨桿、錨索遭到切向應(yīng)力即剪切力破壞。

想要使得圍巖最大限度地發(fā)揮其承載能力，又不使遭到松動破壞，必須使得支護(hù)體共同作用，加強(qiáng)支護(hù)體的屈服強(qiáng)度，減小圍巖的流變變形，使圍巖應(yīng)力均勻分布承載體上。

對已經(jīng)過長期修復(fù)治理的煤倉來說，因圍巖的松動范圍大，修復(fù)時(shí)不宜再采用讓壓支護(hù)，需要加大支護(hù)強(qiáng)度，擴(kuò)大巷道的支護(hù)范圍，把深部圍巖強(qiáng)度調(diào)動起來，控制煤倉周圍圍巖的穩(wěn)定性，提高圍巖的整體性和自承載能力，并對圍巖起到加固效果，實(shí)現(xiàn)對煤倉的主動支護(hù)。

我們通過二次支護(hù)采用注樹脂漿支護(hù)，在大埋深、高地應(yīng)力、斷層帶的軟巖修復(fù)巷道中，采用注美固364與錨網(wǎng)索噴漿聯(lián)合支護(hù)。通過注樹脂漿（美固364）將破碎圍巖膠結(jié)成整體，提高巖體粘聚力和內(nèi)摩擦角，強(qiáng)化巖體的力學(xué)性能，最大限度地發(fā)揮圍巖承載能力。采用錨網(wǎng)索噴漿，阻止圍巖的進(jìn)一步破碎，加強(qiáng)圍巖與支護(hù)體承載的強(qiáng)度，阻止圍巖的流變變形，提高圍巖的整體性和自承載能力，實(shí)現(xiàn)主動支護(hù)，增強(qiáng)巷道的拉壓能力。充分利用注漿材料的物理和化學(xué)性質(zhì)，將破碎圍巖膠結(jié)成整體，提高巖體粘聚力和內(nèi)摩擦角，強(qiáng)化巖體的力學(xué)性能，最大限度地發(fā)揮圍巖承載能力，提高了巷道施工速度，加強(qiáng)了煤倉支護(hù)，降低巷道失修率。

煤倉支護(hù)應(yīng)遵循以下原則：提高圍巖的殘余強(qiáng)度；提

高圍巖的自承能力；減小圍巖中的應(yīng)力集中；改善圍巖的不均勻變形和應(yīng)力集中。選擇全錨網(wǎng)錨索噴漿+注樹脂漿聯(lián)合支護(hù)形式，加上科學(xué)的管理，完全能夠在該條件下滿足要求。

1.2 施工方案合理性分析

在借鑒其它礦經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我礦的具體情況，以礦壓觀測值為基礎(chǔ)，總結(jié)研究出“地質(zhì)力學(xué)評估-初始設(shè)計(jì)-現(xiàn)場監(jiān)測-信息反饋-修改設(shè)計(jì)”的動態(tài)設(shè)計(jì)方

法。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，首先對煤倉維修時(shí)采用錨網(wǎng)錨索噴漿支護(hù)，把深部圍巖強(qiáng)度調(diào)動起來，主動、有效強(qiáng)化圍巖強(qiáng)度和保持圍巖穩(wěn)定，阻止圍巖的進(jìn)一步破碎及流變變形，再采用二次支護(hù)注樹脂漿支護(hù)，利用美固364抗壓強(qiáng)度高，滲透能力強(qiáng)，凝結(jié)時(shí)間短的特點(diǎn)，不但有利于更大程度的發(fā)揮圍巖體承載能力，強(qiáng)化巖體的力學(xué)性能，最大限度地發(fā)揮圍巖承載能力。也有利于二次支護(hù)后流變狀態(tài)圍巖體應(yīng)力的平衡，可充分發(fā)揮錨網(wǎng)錨索及噴漿+注樹脂漿各自的最大支護(hù)和承載能力，該聯(lián)合支護(hù)形式有效的控制了軟巖煤倉的收斂變形、自重變形及倉體中部和底部易破碎現(xiàn)象，大大減少了維修量，提高了煤倉在該工作面的服務(wù)年限。

2 支護(hù)選型

二水平丁六采區(qū)煤倉的基本情況，其煤倉高度為35m，設(shè)計(jì)凈斷面直徑為5m，掘進(jìn)斷面直徑為5.7m，澆注壁厚為350mm，該煤倉容量為939.06t，一天平均出煤量為4000t左右；原煤倉支護(hù)為混凝土澆注支護(hù)。

2.1 維修支護(hù)斷面圖（附圖1、附圖2）

2.2 倉體支護(hù)參數(shù)

網(wǎng)采用Φ6mm鋼筋焊接網(wǎng)，高強(qiáng)錨桿Φ22×2400mm每排16根，錨索Φ17.8×4500mm每排16根，間排距均為1000×800mm（附圖1），注漿錨桿Φ20×4500mm每排16根，間排距為1000mm×1000mm（附圖2）。

3 施工工藝及注意事項(xiàng)

3.1 施工順序

首先人工將倉體失修和收斂部分?jǐn)U幫至設(shè)計(jì)尺寸，第二步進(jìn)行錨網(wǎng)錨索+初噴支護(hù)，第三步打注漿錨桿并注漿進(jìn)行支護(hù)，第四步進(jìn)行復(fù)噴至設(shè)計(jì)尺寸。

3.2 注漿標(biāo)準(zhǔn)及要求

①注漿以前應(yīng)先布置好注漿管位置并依次編號后方可注漿。

②注漿采用美固364 Flex （硅酸鹽）。

③注漿壓力為1.5～2.5兆帕為準(zhǔn)。

④注漿錨桿長度為4500mm，間排距為1000mm×1000mm。注漿孔布置見附圖2。

⑤注漿錨桿間距誤差不大于正負(fù)100mm，外露長度為50mm至80mm為準(zhǔn)。

⑥注漿量要飽滿充實(shí)，并以每個(gè)孔不發(fā)生跑漿、露漿為宜。

⑦封孔采用專用水泥藥卷，每根錨桿配2個(gè)藥卷，把藥卷在清水中浸泡10至15秒，必須先抽掉紙芯，用手揉捏均勻后推入孔口，封住孔口中，封孔應(yīng)嚴(yán)實(shí)。

4 效果觀測

工程結(jié)束后對該軟巖煤倉進(jìn)行“十字”礦壓觀測法。每間隔5～6m設(shè)立一個(gè)測站，每站設(shè)立不少于2組測點(diǎn)，每組測點(diǎn)間距不超過1.5m，每組分別在東西和南北幫中部布設(shè)測點(diǎn)測量。

通過2012年10月至2013年4月測點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)的變化情況表明，6個(gè)月內(nèi)南北幫收斂累計(jì)143mm，前期收斂變化量穩(wěn)定，中期變化量較大，后期處于穩(wěn)定狀態(tài)；東西幫收斂量為119mm，同樣是前期收斂變化量穩(wěn)定，中期變化量較大，后期處于穩(wěn)定狀態(tài)。

實(shí)踐表明該聯(lián)合支護(hù)形式使軟巖煤倉變形得到了有效控制，采用該技術(shù)后減少了煤倉維修的次數(shù)，增加了采區(qū)煤倉的服務(wù)年限。

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作者簡介：

張海志（1980-），男，河南社旗縣人，本科，助理工程師，研究方向：煤礦支護(hù)技術(shù)管理。