梁吉曾

（西山煤電馬蘭礦，山西 古交 030200）

1 工程背景

馬蘭礦井底車場水平南翼大巷的主要變形區(qū)域集中在兩幫、頂板。同時(shí)，巷道在壓力作用下受損嚴(yán)重，尤其是碹體巷道的收縮變形，導(dǎo)致巷道正常的運(yùn)輸工作無法正常進(jìn)行。該巷道于2005年對(duì)其采用29U型棚整修并加固，但由于該支護(hù)方案的缺陷性較為明顯。通過錨索等支護(hù)對(duì)巷道的補(bǔ)強(qiáng)、加固作用并不明顯。11年后該巷道的U型棚支護(hù)段受壓彎曲段達(dá)到了50%。兩幫的收縮非常明顯，其值由4.2m逐漸減小至3.4m，無法通過雙軌進(jìn)行運(yùn)輸，現(xiàn)變?yōu)閱诬夁\(yùn)輸。另一方面，如果加之過去的巷道修理技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)巷整修的話，會(huì)產(chǎn)生一定的離層和松動(dòng)巖體的冒落現(xiàn)象，范圍逐漸增大，危害極深，最終有可能導(dǎo)致巷道的永久性損傷，無法整修。這樣的方案極大的影響了該礦的年產(chǎn)量，使得效率降低，形成技術(shù)上的瓶頸。通過研究受動(dòng)壓及構(gòu)造影響的碎裂圍巖巷道破壞的原因和機(jī)理，從而提出適合其破壞特點(diǎn)的修復(fù)技術(shù)，不僅可以克服巷道反復(fù)破壞維修影響安全和生產(chǎn)的局面，而且巷道破壞冒頂及底鼓的安全狀況也將得到根本改善。

2 巷道變形破壞特點(diǎn)及原因分析

2.1 巷道圍巖變形破壞觀測(cè)

圍巖的破壞失穩(wěn)變形斷裂的狀態(tài)嚴(yán)重影響著后續(xù)巷道深部的巖體裂隙發(fā)育狀態(tài)。通過裂隙狀態(tài)的測(cè)定初步提供計(jì)算支護(hù)參數(shù)的計(jì)算參照及其方法。對(duì)巷道頂部的巷道通過鉆孔窺視儀進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。通過推桿的傳遞使得鉆孔攝像探頭圍繞圍巖鉆孔開展探測(cè)。本方法可被廣泛運(yùn)用于現(xiàn)場測(cè)試當(dāng)中，全景的圖像存儲(chǔ)方式為靜止捕獲的方法處理和快速存儲(chǔ)全景圖像，對(duì)于研究塑性區(qū)范圍和圍巖破斷情況存在重要的意義。同時(shí)探頭的移動(dòng)始終處于動(dòng)態(tài)當(dāng)中，直到觸及鉆孔底部為止。在南翼大巷圍巖變形最嚴(yán)重處設(shè)置原位測(cè)試孔，對(duì)頂板巖層變形進(jìn)行窺視，窺視結(jié)果如圖1所示。

圖1 頂板巖層破壞窺視結(jié)果圖

由圖1可知，大巷在長期高應(yīng)力影響作用下，在圍巖內(nèi)部產(chǎn)生大量的裂隙，而巷道原來采用砌碹支護(hù)方式，該支護(hù)方式屬于被動(dòng)支護(hù)，無法為巷道提供足夠的支護(hù)阻力而導(dǎo)致巷道圍巖變形嚴(yán)重。巷道淺部圍巖已發(fā)基本處于破碎狀態(tài)，隨著鉆孔深度的增加，圍巖破壞程度有所減弱，但在2.0m～3.5m范圍內(nèi)，孔周邊圍巖仍有大量的裂隙存在，當(dāng)孔內(nèi)深度達(dá)到4.0m時(shí)，圍巖完整性相對(duì)較好，由上述分析可知，該巷道圍巖松動(dòng)圈范圍為3.5m。

2.2 巷道變形破壞特點(diǎn)

1）原來的錨以及拱的組合在一個(gè)層面上支持巷道在靜水壓力下，保持基本不變的狀態(tài)。但反過來在動(dòng)態(tài)壓力下，甚至有使可伸縮的U型鋼架和錨索加固巷道穩(wěn)定性變差和嚴(yán)重破壞變形。

2）以U-29型號(hào)的鋼架對(duì)巷道的變形破斷進(jìn)行修復(fù)，鋼筋混凝土和支架后部背坑木的影響使得其受力作用較弱，存在并伴隨著嚴(yán)重的空幫、空頂現(xiàn)象。一定程度上使得支架的支護(hù)承載作用削弱，無法完全達(dá)到規(guī)定的要求范圍之內(nèi)。靜態(tài)水壓力的條件下卻能保持一定的穩(wěn)定狀態(tài)特征，隨著時(shí)間的推移其無法避免出現(xiàn)變形情況。動(dòng)態(tài)壓力下是一個(gè)嚴(yán)重的變形破壞，導(dǎo)致嚴(yán)重的變形支架，彎折，扭轉(zhuǎn)，縮成一團(tuán)，插入底板下，如變形破壞模式，形成尖頂顯示巷道嚴(yán)重收縮段。如上推斷，修復(fù)后的支護(hù)結(jié)構(gòu)仍然無法保持巷道的穩(wěn)定性。

3）主要的破壞形式為兩幫由外向內(nèi)擠，特別是擁擠在底角的數(shù)量大。支架不斷受到尖頂形態(tài)的沖擊作用。頂板及底板的變形量加大。最終導(dǎo)致了其支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體破壞。

4）巷道圍巖變形和破壞后，其主要特征是柔軟、破碎、松散，其承載的性能極低。修復(fù)巷道時(shí)的圍巖破碎以及頂板垮落，一大批空頂、空幫現(xiàn)象出現(xiàn)后，若修復(fù)不及時(shí)，則無法進(jìn)行有效的加固手段，會(huì)導(dǎo)致加劇后期巷道變形與破壞。

2.3 巷道變形破壞原因

1）巷道周邊圍巖強(qiáng)度較低，部分屬于軟巖成分，在長期的高應(yīng)力作用下，圍巖變形破壞現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致穩(wěn)定性降低，頂?shù)装寮皟蓭鸵平砍掷m(xù)增加。

2）在回采動(dòng)壓及地質(zhì)構(gòu)造的雙重影響下，圍巖應(yīng)力發(fā)生重新分布，當(dāng)支護(hù)系統(tǒng)所承受的載荷超過其極限承載能力時(shí)，則可導(dǎo)致其發(fā)生結(jié)構(gòu)性扭曲，應(yīng)力集中位置出現(xiàn)偏移。

3）支護(hù)方式不合理，在該地質(zhì)條件下，U型鋼棚支護(hù)對(duì)改善圍巖應(yīng)力環(huán)境及加強(qiáng)圍巖支護(hù)強(qiáng)度的作用并不明顯，無法有效控制圍巖變形。圍巖松動(dòng)圈范圍的擴(kuò)大更加劇了U型鋼棚的收縮變形。

3 巷道圍巖控制方案及參數(shù)確定

基于圍巖松動(dòng)圈范圍觀測(cè)、巷道變形破壞特點(diǎn)及原因分析，提出了采用“錨注+U型鋼可縮性金屬支架聯(lián)合支護(hù)及關(guān)鍵部位錨桿加強(qiáng)支護(hù)”的巷道整修方案，其關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)如下：

1）U型鋼架+錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。在對(duì)巷道進(jìn)行返修時(shí)，通過采取擴(kuò)幫、刷頂工作來實(shí)現(xiàn)巷道合理的斷面積，然而巷道某些區(qū)域圍巖破碎嚴(yán)重，需另進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。若圍巖的可錨性能較好，則可先進(jìn)行錨桿支護(hù)，或進(jìn)行U型鋼架支護(hù)；若圍巖的可錨性能相對(duì)較差，則先進(jìn)行U型鋼架支護(hù)，后進(jìn)行錨桿支護(hù)，鋼架采用29U型，排距選取為800mm。

2）長短管壁后注漿充填。壁后充填采用直徑為26mm、長度為500mm的短管和直徑為26mm、長度為1500mm的長管相配合來進(jìn)行，注漿管間距為1.2m、排距為1.6m。注漿材料選用質(zhì)量比為1：1的美固364混合液體，注漿壓力按3～6MPa選取。

3）巷道全斷面注漿加固。在長短管壁后注漿加固完成后，滯后其20m距離，在注漿孔間布置注漿錨桿，另外隔排布置螺紋加強(qiáng)錨桿，注漿錨桿和加強(qiáng)錨桿其間距均為1.2m，排距均為1.6m。

圖2 巷道返修支護(hù)示意圖

4）底角注漿錨桿。在與底板相距0.3m處，由巷幫處與水平面成30°夾角斜向下布置底角注漿錨桿。巷道返修支護(hù)示意圖如圖2所示。

4 巷道返修支護(hù)施工工藝流程

首先進(jìn)行的是：擴(kuò)幫、刷頂完成之后開始進(jìn)行U型棚的架設(shè)、打眼。打眼完成后將注漿管進(jìn)行埋設(shè)，接著安裝封口器。注射泵以及注射槍用高壓膠管相互連接后。通過插入裝有美固364樹脂桶的兩根吸管得以工作完成。后期開始注漿，待注漿完成后沖洗相應(yīng)的機(jī)具同時(shí)，停止泵站工作并且進(jìn)行注射槍的移除。

具體施工過程：將原來已經(jīng)變形的U型鋼棚拆除，對(duì)巷道斷面進(jìn)行整修后，重新架設(shè)U型棚；在巷道壁開鑿淺部鉆孔后插入注漿短管，進(jìn)行淺部注漿加固；淺部注漿完成后，在兩淺孔間鉆直徑為42mm、長度為3200mm的深孔，進(jìn)行深孔注漿加固。同時(shí)為控制巷道底鼓變形，在巷道底角處布置直徑為25mm、長度為3000mm的底角錨桿；滯后20m距離，選用螺紋加強(qiáng)錨桿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。巷道加固治理效果分析。

巷道在未進(jìn)行返修處理時(shí)，圍巖變形嚴(yán)重，無法滿足正常使用的要求，對(duì)工作人員的人生安全產(chǎn)生很大的威脅。返修處理后，巷道成形良好，斷面得到保障，圍巖穩(wěn)定性得到提高，返修前后巷道圍巖變形對(duì)照?qǐng)D如圖3所示。

圖3巷道整修前后對(duì)照?qǐng)D

圖4 表示的是注漿前及后的巷道頂板鉆孔窺視圖。根據(jù)圖中所示可知，注漿前的頂板離層使得其發(fā)生破碎。巷道在承載過程中的安全系數(shù)同時(shí)也較低。架棚法支護(hù)不足以滿足其強(qiáng)度條件。注漿之后，漿液的粘結(jié)固化使得其強(qiáng)度明顯增加，殘余強(qiáng)度達(dá)到安全值，較易得到相應(yīng)的較大承載力。

圖4 注漿前后對(duì)照?qǐng)D

在巷道整修區(qū)域建立礦壓觀測(cè)站，對(duì)巷道兩幫及頂板位移量進(jìn)行120d的持續(xù)觀測(cè)，繪制如圖5所示曲線。由圖可知，巷道圍巖變形主要集中在返修施工完成前20d內(nèi)，頂板下沉量及兩幫移近量可達(dá)到60mm和40mm，變形速度分別為3mm/d和2mm/d，此后變形速度及變形量趨于平緩，最終頂板下沉量為75mm，兩幫移近量為55mm，該支護(hù)方案針對(duì)巷道變形破壞優(yōu)化作用顯著。

圖5 巷道圍巖變形曲線

5 結(jié) 論

對(duì)南翼大巷采用“錨注+U型鋼可縮性金屬支架聯(lián)合支護(hù)及關(guān)鍵部位錨桿加強(qiáng)支護(hù)”的巷道整修方案，經(jīng)現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果表明，該方案可改善圍巖性質(zhì)，提高圍巖的自承載能力，充分發(fā)揮支護(hù)系統(tǒng)的支護(hù)性能，最終實(shí)現(xiàn)圍巖變形控制，該研究為該類的巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)以及支護(hù)施工均提供了有力的指導(dǎo)。