側采動壓軟弱地層巷道支護技術

閆程方，林登閣，王道團

(1.山東科技大學，山東 青島 266510;2.山東省土木工程防災減災重點實驗室，山東 青島，266510)

動壓巷道和軟巖巷道是煤礦建設中極難維護的兩類巷道。目前我國煤炭資源日益緊缺，許多巷道在相鄰工作面回采尚未結束或回采結束尚未穩定時進行施工，因此受到強烈動壓影響，礦井中有80%的巷道受到回采引起的高應力破壞。動壓巷道礦壓特點是變形量大，失修率高，底鼓嚴重，支護工作極為困難。

1 工程概況

王晁煤礦設計生產能力600kt/a，主采煤層為12 煤，該煤層為薄煤層，厚度1.3m。井口地面標高+35.5m，實際埋深為435.5m。其－400m 水平集中軌道巷、集中運輸巷及201 采區上山等巷道均處于泥巖、粉砂質泥巖中，而這些泥巖、粉砂質泥巖的單軸抗壓強度小于20MPa，按堅固性系數分類，其f=2～3，屬于軟巖巷道。巖石礦物組成分析測試表明，井下巷道圍巖巖石以蒙脫石為主。蒙脫石屬強膨脹性黏土礦物，遇水易泥化、水解、軟化，使得圍巖力學特性顯著降低，而且伴有明顯的碎漲和膨脹變形。

圖1 為工作面采掘平面圖(局部)。

從圖1 中可以看出20102 及20202 回采工作面分布在－400m 水平集中軌道巷的兩側，巷道距20102，20202 工作面只有30m 煤柱，工作面與巷道屬同層布置，水平距離太小，側采產生的采動壓力較大，尤其在巷道頂板堅硬的情況下，極易產生沖擊地壓作用，造成巷道失穩破壞。

在20102 及20202 回采工作面側采的動壓作用下，無法實施有效地主動支護等加強支護手段，不能形成穩定可靠的主動支護結構，從而加劇了巷道后期的變形破壞。－400m 水平集中軌道巷為典型的側采動壓軟弱地層巷道，巷道穩定成為當前支護的難點問題。

圖1 工作面采掘平面

2 加固技術方案

2.1 技術方案

－400m 水平集中軌道巷位于泥巖地層中，且受20102 及20202 工作面側采動壓影響，圍巖條件極差。為此，確定采用擴大斷面初次錨網噴支護、二次錨注支護加固技術方案。

2.2 支護參數

2.2.1 初次支護

擴大斷面錨網噴支護，巷道設計為半圓拱形斷面，施工中巷道側幫及拱頂均擴大100mm。

錨桿 選用單向左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，規格φ18mm×2200mm，間排距800mm×800mm，2 卷Z2350 型樹脂錨固劑端頭錨固，錨固長度不少于800mm，錨固力80kN，預緊力不低于40kN。

金屬網 采用6 號鐵絲編織的經緯網，規格1500mm×1000mm，網格50mm×50mm。

噴射混凝土 混凝土等級C20，配合比1 ∶2 ∶2，噴層厚度初次70～80mm，設計噴層總厚度120mm。

初次支護結構如圖2 所示。

圖2 －400m 水平集中軌道巷初次錨網噴支護結構

根據初次錨網噴支護后巷道的變形發展規律和總變形不超過預留值的要求確定實施二次錨注加固的時間。設計值為35～40d，實際施工中發現，初次支護后10～15d 就出現明顯的收斂變形，且達到40d 左右，巷道變形量就超過預留值。因此，將巷道二次錨注支護時間調整為30～35d。

2.2.2 二次支護

二次支護錨注加固，用以提高支護結構的整體強度、剛度及抗滲性。

注漿錨桿 選用高壓注漿錨桿，規格φ25mm×2000mm，間排距800mm×1600mm，與初次支護錨桿隔排布置。

注漿參數 采用單液水泥漿，水灰比0.6～0.7，在水泥漿液中摻加1%的NF 高效減水劑。注漿壓力控制在2.0MPa 左右，最大不超過2.5MPa。注漿后進行后續復噴工作。

二次錨注加固支護結構圖形如圖3 所示。

2.2.3 底板加固

采用底板梁錨注支護結構。

底板錨梁錨桿 采用螺紋鋼制作，規格φ18mm×1600mm，每斷面4 根，錨固底梁，排距1600mm。

底板注漿錨桿 采用無縫鋼管制作，規格φ25mm×1500mm，每斷面3 根，排距1600mm，與錨梁錨桿隔排布置。

注漿參數 采用單液水泥漿，水灰比0.6～0.7，在水泥漿液中摻加1%的NF 高效減水劑。注漿壓力控制在2.0MPa 左右。

圖3 －400m 水平集中軌道巷二次錨注支護結構

槽鋼梁 采用16 號槽鋼制作，長2700mm，用4 根底板錨桿錨固在底板巖層中。

底板錨梁錨注加固結構如圖4 所示。

圖4 底板槽鋼梁及錨注加固

3 巷道收斂變形觀測

在巷道中每隔50m 設置1 個觀測斷面，測試巷道的兩幫移近量和頂底板移近量。

圖5 是巷道加固后兩幫內擠及頂底板移近量曲線。從曲線中可以看出，巷道兩幫及頂底板在支護完成后5～40d 有明顯的變形，而在超過60d 后變形基本趨于穩定，最終，巷道兩幫及頂底板移近量總體較小，分別為25mm 和13mm。說明集中軌道巷錨噴網初次支護、二次錨注加強支護方案，已有效提高了巷道的整體性和承載能力，控制住了圍巖的變形，保證了巷道的長期穩定。

4 數值模擬

利用FLAC3D軟件，對巷道支護前后的橫豎向位移進行數值模擬。

圖5 巷道加固后兩幫及頂底板移近量曲線

圖6 至圖9 分別是未支護前與支護后的橫豎向位移云圖。

從圖中數據可以得知，巷道在支護后橫向位移減294mm，豎向位移減小182mm。并且，總體支護后橫豎向最終變形分別為20mm 和23mm，與實測數據基本吻合。由此得出，巷道在經過初次錨噴網支護、二次錨注加強支護方案后圍巖的變形得到有效控制。

圖6 未支護前橫向位移

圖7 未支護前豎向位移

圖8 支護后橫向位移

圖9 支護后豎向位移

5 結論

(1)巷道掘進應盡量減輕對圍巖的破壞，為實施錨桿支護提供著力基礎，采用半圓拱形斷面，側幫及拱頂預留一定的變形量，巷道初次支護應用加長高強螺紋鋼錨桿進行錨網噴柔性支護，允許圍巖產生一定的變形，釋放一定的高應力。

(2)初次錨網噴支護后，圍巖發生變形產生大量破裂面及細微裂隙，顯著弱化了圍巖特性，初次錨網噴支護30～35d，及時實施二次錨注加固，二次注漿將這些裂隙巖體膠結起來，提高了巖體的整體受力性能，而且將初次支護中螺紋鋼錨桿變成全長錨固，顯著提高了其支護性能與支護能力，較好地解決了側采動壓軟巖巷道的支護與穩定問題。

(3)巷道變形監測及數值模擬結果表明，通過二次錨注支護，有效地提高了巷道的整體性和承載能力，控制住了圍巖的變形，保證了巷道的長期穩定。

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