劉奇珍

（呂梁市煤炭工程質(zhì)量監(jiān)督站， 山西 呂梁 033000）

引言

動(dòng)壓及構(gòu)造影響的破碎圍巖巷道在我國煤礦開采中普遍存在且具有量大面廣的特點(diǎn)。目前有50%以上采動(dòng)巷道的支護(hù)與圍巖變形不相適應(yīng)，支護(hù)結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重，已嚴(yán)重影響了巷道通風(fēng)、行人和運(yùn)輸[1-4]，理論上和生產(chǎn)上都迫切要求解決該類巷道的圍巖變形活動(dòng)規(guī)律及其控制的問題。隨著開采范圍的擴(kuò)大和采面的推進(jìn)，很多原來采用“砌碹支護(hù)”、“錨噴支護(hù)”“U型鋼支護(hù)”的開拓巷道如運(yùn)輸大巷等受到采面動(dòng)壓的影響發(fā)生了不同程度的破壞。如果采用原支護(hù)方式返修，為滿足生產(chǎn)要求，需要頻繁返修并影響生產(chǎn)，還導(dǎo)致支護(hù)成本急劇增加，為改變支護(hù)狀況和降低支護(hù)成本，必須改用適合返修巷道的新型支護(hù)技術(shù)[5-6]。

1 巷道地質(zhì)條件

某礦470m水平南翼大巷五采車場(chǎng)石門段穿越15煤底板，最初支護(hù)形式采用錨桿、砌碹聯(lián)合支護(hù)，巷道凈寬4.2m，凈高3.5m。由于巷道壓力顯現(xiàn)嚴(yán)重，兩幫及頂板變形很大，底鼓嚴(yán)重，碹體巷道嚴(yán)重收縮變形破壞，不能滿足正常使用要求。

2 巷道圍巖變形特征分析

為充分掌握巷道圍巖破碎情況，采用鉆孔窺視儀觀測(cè)巷道圍巖。圖1為巷道頂板圍巖不同深度鉆孔窺視圖。

由圖1可知，0.2～0.5m位置，鉆孔圍巖破碎嚴(yán)重，呈松散顆粒狀，鉆孔坍塌成形困難。1.0～2.0m位置，鉆孔成形情況有所好轉(zhuǎn)，但鉆孔壁凹凸不平，成形仍不規(guī)則，從更深處鉆孔圍巖狀況分析來看，1.0～2.0m位置圍巖破碎情況好轉(zhuǎn)應(yīng)該屬于局部現(xiàn)象。2.4～2.8m位置鉆孔成形極度不規(guī)則，圍巖比較破碎，有較多較大裂隙，但破碎程度和0.2～0.5m位置處較輕。3.5m位置鉆孔成形規(guī)則，但明顯能看見鉆孔壁上有較多裂隙，圍巖仍遭到破壞。4.0m位置鉆孔成形規(guī)則，鉆孔壁光滑，無裂隙，可見4.0m位置處圍巖完整未破壞。

圖1 頂板圍巖不同深度下鉆孔窺視圖

通過以上分析可知，巷道在3.5m范圍內(nèi)由圍巖淺部至深部，圍巖破碎情況逐漸減輕，到4.0m位置時(shí)圍巖完整。因此，雖然不同的位置松動(dòng)圈大小不同，但是從鉆孔窺視圖可知，巷道圍巖松動(dòng)圈范圍大致在3.5m左右。

巷道掘進(jìn)后，在高應(yīng)力和采動(dòng)影響下，巷道破碎范圍較大。應(yīng)力引起的淺部圍巖初始破壞，圍巖逐漸破碎，影響巷道原錨桿支護(hù)的著力基礎(chǔ)，當(dāng)錨桿逐漸失效后，錨固區(qū)圍巖承載能力急劇降低，高應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移過程中導(dǎo)致圍巖破碎范圍進(jìn)一步增大，破碎范圍內(nèi)圍巖呈軟弱、松散、破碎狀態(tài)，圍巖自穩(wěn)性差，極易冒頂和底鼓，而底鼓使兩幫及頂板位移量加劇，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)承載能力大幅降低，從而出現(xiàn)圍巖變形斷面收縮，導(dǎo)致巷道無法滿足使用要求。

3 加固支護(hù)技術(shù)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)前面的研究分析，確定了巷道的支護(hù)方案，即采用先對(duì)巷道圍巖注漿加固巷道破碎圍巖，然后采取錨桿支護(hù)和U型鋼支護(hù)以及巷道關(guān)鍵部位加強(qiáng)支護(hù)等手段聯(lián)合支護(hù)巷道以控制圍巖變形。支護(hù)參數(shù)主要包括以下幾個(gè)方面。

為了進(jìn)一步地加固巷道破碎圍巖，本次注漿采用的方式為淺部注漿和深部注漿相結(jié)合，淺部布置注漿孔，孔深1.5m，直徑42mm，間排距1.2m×1.6m，注漿管Φ25mm×500mm；深部注漿孔孔深3.2m，直徑42mm，間排距1.2m×1.6m，采用Φ25mm×3 000 mm注漿錨桿注漿加固，深孔與淺孔交錯(cuò)布置；在拱腳處這一巷道關(guān)鍵部位布置一深孔和淺孔，孔與水平方向成30°角。注漿孔布置如圖2所示。

圖2 注漿孔布置圖（mm）

滯后深部注漿一段距離（15～20m），與內(nèi)注漿錨桿隔排布置螺紋鋼錨桿加強(qiáng)支護(hù)，錨桿間排距1.2m×1.6m，錨桿規(guī)格Φ22mm×2 400mm。并采用U29型鋼棚，棚距為800mm。

4 工程應(yīng)用

為某礦470水平南翼大巷五采車場(chǎng)段巷道在整修前，嚴(yán)重變形、斷面收縮嚴(yán)重，已無法滿足生產(chǎn)使用要求，且嚴(yán)重威脅工作人員的人身安全。整修并注漿加固后，巷道圍巖穩(wěn)定性明顯改善。整修前后支護(hù)效果對(duì)比如圖3所示。

圖3 巷道整修前后效果對(duì)比

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的巷道整體輪廓形狀、尺寸基本沒有變化，支架梁、腿沒有出現(xiàn)彎曲、凸起跡象，底鼓變形量減小，未出現(xiàn)流變現(xiàn)象，巷道圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，工業(yè)試驗(yàn)后巷道斷面收斂變形控制在3%?，F(xiàn)場(chǎng)變形測(cè)試結(jié)果與數(shù)值計(jì)算模擬結(jié)果比較接近，它既可提供補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)力，又可限制圍巖發(fā)生流變，保證了地下工程設(shè)計(jì)斷面和使用功能。表明注漿+錨桿+U型棚支護(hù)能夠滿足破碎軟巖巷道修復(fù)治理的要求。

圖4為注漿前后巷道頂板鉆孔窺視圖。由圖中可以看出，在注漿前，頂板深處由于頂板離層，已產(chǎn)生破碎，導(dǎo)致巷道的自承能力減弱，如果這時(shí)僅僅依靠架棚支護(hù)，必然導(dǎo)致巷道繼續(xù)破壞。注漿后，破碎圍巖被黏結(jié)強(qiáng)度大的化學(xué)漿液黏結(jié)在一起，致使圍巖的殘余強(qiáng)度增加，從而圍巖自承能力變大。

圖4 注漿前后圍巖效果對(duì)比

5 結(jié)論

針對(duì)巷道圍巖變形破壞機(jī)理和變形破壞特征，提出采用注漿+錨桿+U型鋼+關(guān)鍵部位加強(qiáng)支護(hù)的支護(hù)方案，并得到了以下結(jié)論：

1）通過對(duì)破碎圍巖注漿加固并結(jié)合U型鋼、錨桿支護(hù)等支護(hù)方式，增強(qiáng)巷道淺部圍巖承載能力，提高對(duì)深部圍巖的支護(hù)能力；

2）分析不同支護(hù)方案條件下，巷道頂?shù)装濉蓭臀灰瓶梢缘贸?，注漿加固能有效改善圍巖力學(xué)性能，發(fā)揮自承能力；

3）注漿加固與錨桿支護(hù)技術(shù)相結(jié)合，提高破碎圍巖的殘余強(qiáng)度及變形能力，使破碎圍巖錨固體具有較好的讓壓性能和較大的支護(hù)強(qiáng)度，巷道變形大幅減小；

4）對(duì)巷道關(guān)鍵部位（拱腳處）注漿加固能有效地控制巷道底鼓和兩幫變形。