構造帶內巷道群破壞機理及支護技術研究

文/張金常

一、概況

平煤十一礦丁六采區回風石門位于-593m水平，平行-593m運輸石門布置，全長400m。該巷道穿過有一個落差24m、傾角30°的逆斷層，斷層破壞帶寬度約100m，斷層帶圍巖破碎，且水平構造應力較大。原支護為錨噴支護，北與丁六回風下山相連，南與丁六回風上山相連。巷道原形狀為直墻半圓拱形，下寬4.4m，墻高1.5m，拱高2.2m，整個巷道中高為3.7m，凈斷面積12.8m2。

回風石門自掘進以來，就出現劇烈變形和破壞，目前已經多次返修。經實測，巷道變形情況為：巷寬由原來的4.4m變為現在的2.5～3.0m，高度由原來的3.7m變為現在的1.8～2.4m，巷道頂幫變形嚴重，只能維持礦車通過。雖經多次翻修也無法保證該回風石門的正常使用。

二、深井軟巖巷道變形破壞機理及支護修復技術

1.深井軟巖巷道變形破壞機理及支護技術

目前，在破壞巖體中修復巷道及在深部軟巖高地壓巷道圍巖控制理論和技術方面主要有如下幾種技術及最新研究進展：U型鋼可縮支架結合壁后充填技術；錨注修復加固技術；錨架聯合修復加固技術；錨筒修復破碎巖體巷道新技術。

2.注漿加固時機和組合方式的分析

在軟巖動壓巷道注漿加固對巖性有明顯的改善作用，通常有兩種方式：在錨桿支護、金屬支架或其他支護的基礎上，單獨鉆孔注漿加固；將注漿和錨桿統一起來的錨注一體化支護技術。

實踐和理論都表明錨注聯合支護技術具有較大的優越性，是支護技術的發展方向之一。近年，錨注支護相結合的方式在修復巷道中應用較普遍。但需要注意的是：

（1）巷道周邊淺部圍巖(一般小于1.5m)破壞嚴重，相對變形量大，應在保持自穩能力或不松動情況下允許其充分變形，是有效注漿加固的主要區域，錨桿錨固點選在此區可靠性相對較差，易隨巷道變形而破壞，錨固力較低。

（2）巷道圍巖深部范圍(1.5～2.5m)破壞程度衰減較快，裂隙張開度較小，可注性差，錨桿端頭錨固區選擇在此區比較可靠，能夠保證并維持錨固力。

錨桿支護一般要求及時，而只有巷道圍巖經歷一段變形后，注漿固結區才能形成，才具備注漿的條件。

三、支護步驟及支護參數

此次巷道支護的順序是先采用錨索進行全斷面支護，再用U29進行架棚支護，最后進行注水泥漿加固圍巖。

（4）作業環節的數字化。如對測斜井深、短起下井深、短起下井段等施工環節進行數字化規范，以數字化的作業環節保證井身質量、施工質量。

1.全斷面錨索支護參數

（1）初噴。刷大斷面達到設計要求，凈寬5.0m控制施工。墻高1.5m，拱高2.5m，巷道中高4.0m，凈斷面17.3m2。敲幫問頂后即進行噴漿，噴漿前處理活矸，及時噴射混凝土封閉圍巖，水泥采用硫鋁酸鹽快硬水泥，水灰比0.42，噴漿前必須清洗巖面，噴層厚度 50～70mm。

（2）頂幫錨索。從頂板正中位置開始依次向兩側布置全斷面錨索支護，鋼絞線規格為Φ17.8×4.5m，眼深4.2m，錨索間排距為750×700mm，網片采用Φ6鋼筋焊接而成的鋼笆網，網孔尺寸50×150mm，錨索托盤300×300mm的方球形托盤，每孔采用三支Z2380樹脂藥卷加長錨固，以保證錨固效果。錨索預緊力80KN，錨固力不低于200KN。錨索垂直巖面施工安裝，巷幫最下面兩根斜向下30°施工鉆眼安裝。現場實施時根據巷道破壞位置和方向在東部巷幫位置施工Φ17.8×6.3m甚至更長的錨索來加強支護。

（3）底板長錨索控底。首先將底板清底300mm，在底板施工安裝四個長錨索，鋼絞線規格為Φ17.8×6.3m，眼深6.0m，錨索距幫500mm，間距1.3m均勻布置，中間兩根錨索垂直底板施工安裝，靠幫附近兩根錨索斜帶30°施工安裝。控底長錨索與頂幫錨索同步施工安裝，錨固要求不變。

2.U29鋼棚支護參數

（1）滯后錨索支護20m左右，在全錨索支護基礎上架設U29鋼棚，棚距700mm，架設在兩排錨索之間，并及時采用煤矸袋進行壁后充填密實，U棚棚腿下面要加鋼墊板，防止U棚棚腿鉆底下陷。

（2）U29鋼棚梁腿聯結處分別采用2副雙槽夾板緊固連接，氣扳機安裝，螺栓緊固扭矩不小于300N·m。

3.注漿支護參數

（1）U29鋼棚架設巷段 10～20m，集中進行注漿工作。

（2）噴漿。水泥采用硫鋁酸鹽快硬水泥，水灰比為0.42，噴層厚度為100～150mm，并將U棚噴蓋嚴實避免跑漿漏漿。

（3）注漿。標號525的硫鋁酸鹽快硬水泥，水灰比為0.85～1.0，注漿壓力、滲透范圍和注漿量應根據注漿實際情況進行確定，但必須采取低壓注漿，而且滯后注漿鉆孔的布置可根據巖層傾角和裂隙非對稱布置。注漿量要飽滿充實，并不發生跑漿漏漿為宜。

（4）注漿錨桿長度2500mm，4分鋼管制成，鋼管1m長度后十字錯開鉆孔，孔徑由大逐漸變小，前端孔徑Φ8mm，后端孔徑Φ4mm；采用空心水泥卷或樹脂藥卷封孔，封孔深度為1.0m。注漿最大壓力為2.5MPa。

（5）注漿孔布置。采用風錘進行鉆孔或直接采用自攻式錨桿，每斷面7孔布置，排距1400mm；鉆頭直徑42mm，孔深2.6m。

（6）頂板松散破碎易冒難以施工錨索時，先進行必要的超前注漿。

四、工業性試驗

現場工業性試驗施工6個多月，基本完成整體工程；后續對底板拉底處理并注漿，總體試驗巷道成巷125m。

現場施工中，按20m分時段：先用全斷面長錨索主動控制圍巖，接著采用U29鋼棚可縮支護，再采用快硬水泥滯后注漿，三個地段平行作業。采取這種錨架注聯合支護方式，分階段動態加固，有力控制了斷層帶地質構造應力引起的圍巖破碎和巷道變形。巷道修復一年后，巷道頂板下沉量和兩幫移近量：頂板最大下沉量為324mm，兩幫最大移近量接近354mm，整體支護效果良好。

五、結論

1.采用錨架注“三階段”強化支護動態加固技術，實現了對松散破碎圍巖巷道的動態加固循環支護，動態補充破碎圍巖強度，可以形成松散破碎圍巖的厚層承載殼，以維護巷道的長期穩定性。

2.所采取的支護方案和具體參數，技術上可行，安全上可靠，達到了預期支護效果，維護了巷道穩定性，保證了回風石門的安全暢通。巷道修復一年后，頂板最大下沉量為324mm，兩幫最大移近量接近354mm。

3.修復工藝分階段實施，各工藝工序分步驟進行，分別成巷，互不影響，在人員調配合理組織協調的情況下可以保證施工進度。