高地應力軟巖巷道支護技術

文/孫慶恩

淮北礦業集團朱仙莊煤礦進入二水平以來，巷道受壓變形嚴重，巷道失修表現為經常性改棚，臥底、巷道斷面縮小、不能滿足安全行車需要，風管、水管、電纜等吊掛困難，給“一通三防”、采掘頂板、巷道維修和機電運輸管理均造成極大困難，難以滿足安全生產要求，已成為制約礦井生產準備及安全生產的主要因素之一，為此需探索高地應力軟巖巷道支護技術。

一、實驗巷道基本情況

二水平軌道大巷凈寬×凈高=4.7×4.1m，掘進斷面18.8m2，凈斷面17.1m2，由南向北 8.5‰下坡，標高為-679.294m⊥～-687.155m⊥，巷道總工程量897m，該工程主要為后期二水平和三水平輔助運輸服務。巷道圍巖為泥巖、砂泥巖、粉砂巖、細砂巖等，巷道局部地段過斷層。

二、巷道維護特點

1.所穿巖層層位多，巖層變化頻繁，巖體強度低，裂隙較發育，完整性不好，總體穩定性差。

2.埋深大，地應力大，且部分地段后期將受到采動影響。

3.該大巷是為二水平和三水平服務的主要巷道，服務年限較長，對變形控制要求高。

4.由于巷道跨度、高度大，施工控頂難度大，打眼等工序操作相對困難，對施工隊伍的操作水平、施工質量和現場的管理水平等要求相應較高。

三、支護選型原則及理論

1.直接作用于周邊淺部圍巖，針對破壞特點、強度弱化的原因及時有效地采取加固措施。

2.在巷道圍巖的變形過程中維護，在不同階段分別采取“護、讓、支、限”的技術，以適應圍巖的變形特征，并最大限度地利用圍巖的自承能力，實現圍巖穩定。

3.主動加固并直接改善圍巖破裂體力學性能，以最大限度地提高圍巖的承載能力，促使圍巖形成整體結構。

4.由于構造應力的方向性、巖體賦存的不均勻性和分層性，巷道周圍會出現一些薄弱部位，應及時采取主動支護手段，有效地強化這些關鍵部位。

該工程支護設計以礦大支護設計為依據，即以動態分步加固、過程控制的軟巖巷道綜合控制思想，結合巷道難維護的特點、支護選型原則，支護方案采用分段支護的思想，因地制宜，以錨網索噴主動支護為主，多種支護方式并用，既保證巷道支護的穩定可靠，又兼顧經濟合理適應快速掘進的需要。

四、具體支護形式及支護參數

根據巷道圍巖賦存情況，將二水平軌道大巷圍巖穩定性分為三種區域，分別采取不同的支護形式，支護形式及參數設計方法為工程類比結合經驗的綜合設計法。

1.圍巖完整，穩定性高區域，采用錨網噴＋錨索＋注漿支護。支護參數如下：

（1）采用GM22/2800-490高強左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿配套托盤采用TPF-200×200/10mm托盤，錨桿采用矩形布置，間排距為700×700mm；每根錨桿采用2卷樹脂藥卷錨固，螺母扭矩≥300Nm，初錨力≥80KN。

（2）鋼筋網采用Ф6mm冷拔電弧焊鋼筋網，網孔為100×100mm，鋼筋網搭接100mm，鋼筋網搭接處均用10#鐵絲連接，間距200mm。

（3）錨索規格為YMS17.8/5.3-1860鋼絞線，間排距為1600×1600mm，每根錨索使用1卷K2550和2卷Z2550樹脂藥卷錨固,錨固強度≥120KN。錨索托盤采用 1塊 TPF-200×200/10mm托盤配合 1塊 TPF-400×400mm/10mm大托盤組合使用，以加強支護。

（4）潮式拌料噴漿，水泥∶黃沙∶石子∶速凝劑=1∶2∶2∶0.04，水泥 P.S 32.5 級，中粗黃砂，碎石為 φ5～15mm，J85型速凝劑，噴厚150mm，強度C20。

適時注漿加固。幫、頂注漿錨桿規格φ20×2000mm（利用鋼管加工），全斷面矩形布置，間、排距2000×2000mm。底板采用φ25mm×2000mm左旋全螺紋中空注漿錨桿，間、排距 1400×1600mm。

注漿一般滯后迎頭小于100m，注漿要求如下：采用水泥漿，注漿水灰比為1∶1，注漿壓力1～2Mpa。封孔采用快速水泥卷，封孔長度500mm，注漿壓力和水灰比根據實際注漿情況實時調整。注漿順序由低向高，先底后巷道兩幫對稱向頂部逐孔注漿，注漿量以不大量跑漿為準。對注漿孔進行編號，施工隊負責記錄每個孔各項注漿參數。注后及時打探測孔觀察，對注漿效果進行檢驗以確定是否進行復注，并根據現場注漿情況及時調整布置及注漿參數。

2.圍巖穩定程度中等區域，采用錨網噴＋錨索＋注漿支護。此支護形式分兩次支護，支護參數如下：

（1）一次支護：錨網+頂錨索+噴砼。采用GM22/2400-490高強左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿采用矩形布置，間排距為800×800mm，其他參數同上。一次支護后及時設觀測點觀測巷道受力變形情況，為二次支護提供依據。

（2）二次支護：采用錨桿+滯后幫錨索，滯后一次支護步距40～80m。采用GM22/2800-490高強左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，二次支護錨桿穿插于一次支護錨桿中間，呈五花矩形布置，間排距為800×800mm；每根錨桿采用2卷樹脂藥卷錨固，螺母扭矩≥300Nm，初錨力≥80kN；滯后幫錨索規格為YMS17.8/6.3-1860鋼絞線,幫錨索滯后于二次錨桿20～40m，與一次支護頂錨索形成全斷面矩形布置，間排距為1600×1600mm，幫底錨索仰角取5°，距底板不大于500mm，錨索安裝要求同上。二次支護后設觀測點觀測巷道受力變形情況，為適時注漿提供依據。

3.圍巖穩定性較差，不具備可錨性區域，如過斷層破碎帶，裂隙發育區域，巷道有淋水等采用錨噴＋全封閉29U型棚+滯后注漿支護。

超前頂板預注漿固頂參數如下：鉆孔深3000mm，φ42mm，采用長度2600mm、4分鋼管制的注漿錨桿加固，鋼管底端砸成扁狀，鋼管底端1.0m長度內錯開鉆孔，孔徑由大逐漸變小，前端孔φ8mm，后端孔φ4mm，采用空心速凝水泥卷封孔，封孔深度為1.6m；角度前傾呈40°。注漿液選用馬麗散或其他化學漿。

放炮后找頂、初噴50mm，支護錨桿間、排距800×1000mm，錨桿其他支護參數同上。架全封閉29U型棚支護，棚距500mm,棚子搭接長度500mm,每處搭接用特制鐵板拉鉤聯接，每處搭接用兩副限位卡纜和一副雙槽型普通卡纜緊固，卡纜螺母扭矩不小于300Nm，頂、幫采用φ10mm鋼筋笆腰背，底板以下采用φ10mm鋼筋笆和鐵背板腰背，噴射混凝土標號為C20，噴厚150mm。滯后注漿，幫、頂注漿錨桿采用φ20×2000mm鋼管加工，間排距2000×2000mm，底板采用φ25×2000mm中空左螺旋自注式錨桿，間排距2000×2000mm。注漿一般滯后迎頭≯100m，注漿要求同上。

五、結論

經過對二水平軌道大巷設點觀測，一年來巷道變形量在5%以內，達到了預期目標，能滿足通風、輔助運輸需要。

通過該巷道支護實驗，為二水平巷道優化支護提供可靠依據，軟巖巷道應根據圍巖的穩定性、力學性質分類確定相應的支護方式及參數。同時圍巖變化是一個動態過程，要通過圍巖監測，及時采取有效的補強加固措施。這樣既保證巷道支護的穩定可靠，又兼顧經濟合理適應快速掘進的需要。