破碎巖體巷道加固技術研究

張宏慶

（山西潞安集團 潞寧煤業有限責任公司，山西 寧武 036706）

潞寧孟家窯煤業主斜井巷道，已服務7 a，按計劃還要服務4～5 a，巷道原來主要采用木棚支護或砌碹支護，局部巷道圍巖裸露、未支護，隨著巷道服務年限的延長、周圍巷道掘進及工作面回采影響，原有支護方式很難保證巷道安全。因此，要對主斜井巷道進行加固技術研究。

1 工程概況

主斜井長約300 m，坡度約12°，埋深約90～140 m，全巖巷道。主斜井與1620運輸巷交叉點與2號煤層垂直距離約10 m，巷道采用木棚或者砌碹支護，巷道局部裸露。主斜井位置見圖1。

圖1 主斜井位置圖主斜井位置圖

根據孟家窯煤業提供的地質資料，礦區構造簡單，主斜井掘進中沒有遇到較大斷層等構造，地應力測量顯示，在1620運輸巷距主斜井5 m處，最大水平主應力4.01 MPa，方向N 8.78°W；最小水平主應力為2.93MPa；垂直主應力3.7MPa。主斜井頂板主要為泥巖、砂質泥巖、細粒砂巖；底板主要為細粒砂巖，其中泥巖抗壓強度為9.2～23.5 MPa，砂質泥巖自然抗壓強度為18.1～24.6 MPa，細粒砂巖自然抗壓強度為32.6～59.1 MPa。主斜井頂板圍巖狀況如表1所示。

表1 主斜井頂底板圍巖狀況

2 巷道頂板圍巖狀況分析

主斜井巷道已經服務7a，原來多采用木棚支護，支護強度低，對巷道變形情況不了解，要進行巷道加固技術研究。首先為弄清楚巷道的圍巖狀況，采用JL-IDOL2009v5.31智能鉆孔電視窺視儀，分析頂板圍巖結構狀況，選取3個鉆孔，分別距端頭270 m、285m、390 m處。選1號鉆孔0～5.4 m范圍內頂板狀況，見圖2。圖中1號鉆孔窺視結果顯示，0～0.45m范圍內，出現了比較明顯縱向裂隙；0.45～3.1 m范圍內，頂板鉆孔圍巖較完整，基本沒有裂隙里層；3.1～5.7 m范圍內，頂板鉆孔圍巖節理較發育，節理、裂隙縱橫交錯，局部段圍巖較破碎；5.7～10.6 m范圍內，頂板鉆孔圍巖整體較好，局部有節理、裂隙，如7.55 m、8.2 m處。2號鉆孔窺視結果顯示，該處鉆孔圍巖整體較好，基本沒有節理、離層、裂隙，頂板較完整，局部有節理。3號鉆孔窺視結果顯示：0～7.5m圍巖整體較好，基本沒有節理、離層、裂隙，頂板較完整；8～9.3m范圍內，局部段圍巖較破碎，如8.1～8.4m處。從主斜井整個鉆孔窺視結果來看，巷道頂板圍巖基本完整，基本沒有離層，局部段有原生節理、裂隙。

圖2 主斜井1號鉆孔0～5.4 m頂板圍巖狀況

3 巖體錨固性能試驗

為了保證主斜井支護效果，需在井下錨桿支護施工前，對巖體進行可錨性試驗。為保證孟家窯巷道錨網支護技術實施的可行性和有效性，針對主斜井加固段圍巖特征，結合鉆孔窺視結果，進行了該類條件下圍巖可錨性試驗。主斜井270 m、290 m、350 m、390m。錨索材料為φ18.9mm，1×7股高強度低松弛預應力鋼絞線，長度7300mm，極限破斷拉力400 kN，延伸率4%，樹脂加長錨固，三支藥卷為一支K2335和兩支Z2360。施工機具MQT120頂錨桿鉆機，鉆頭φ28 mm雙翼。檢測機具為風動錨索張拉機具，最大量程320kN。錨索可錨性試驗條件及結果，如表2所示。

表2 主斜井錨索可錨性試驗結果

試驗在加固段不同位置共選用了4根錨索，以錨索錨固力達250kN即具有可錨性，從整個試驗結果來看，錨索的可錨率較高。由上分析及井下圍巖可錨試驗結果看，孟家窯主斜井適合采用錨網支護技術進行加固。

4 主斜井的加固方案

根據主斜井頂板窺視結果，依據巖體錨固性能試驗結果，基于高預應力錨桿支護理論[1-2]，提出主斜井加固方案：主斜井斷面呈半圓拱形，半徑1.6 m，凈寬度3.20m，高2.9m，凈斷面積8.28m2。

錨桿桿體為φ20左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼號335號，長度2400mm。錨索材料為φ18.9mm，1×7股高強度低松弛預應力鋼絞線，長度7 300 mm，每兩排錨桿打1根錨索，排距2 000 mm。錨索托盤采用300 mm×300 mm×16 mm高強度可調心托板及配套鎖具。采用鋼筋網護幫和頂，網孔規格80mm×80 mm，網片規格3500mm×1100mm，兩個網片對接100mm。錨桿預緊扭矩≥300Nm，但禁止大于500Nm。錨索預應力不低于250kN。主斜井錨桿（索）支護斷面布置，見圖3。

圖3 主斜井錨桿（索）支護斷面圖

5 主斜井的加固效果分析

為了有效評價主斜井加固效果，7605在150 m位置設置一個綜合觀測站，分別對巷道表面位移、頂板離層、以及錨桿、錨索受力進行監測。

圖4 主斜井表面位移變化曲線

主斜井表面位移變化曲線見圖4，主斜井右幫、左幫、頂板下沉量分別為10 mm、17 mm、9 mm，從開挖到初期穩定，歷時較短，巷道變形量小，兩幫和頂板變形量增幅也很小，巷道穩定。

圖5 主斜井錨桿受力變化曲線

錨桿受力觀測曲線見圖5，從圖看出，巷道開挖初期，錨桿受力變化較小，受力增幅小，最終錨桿受力穩定。兩幫受力大，頂板受力均衡。左幫錨桿受力20.56 kN，頂部錨桿受力35.06 kN，右幫錨桿受力134.8 kN，頂板錨索受力為191.40 kN和200.68kN。

由上分析可知，錨桿（索）最終受力和增幅都很小，錨桿（索）受力變化與巷道變形趨勢基本一致，錨桿（索）受力穩定周期短，巷道穩定。

6 結束語

①分析主斜井具體工程環境，采用鉆孔窺視進行不同位置頂板，結合鉆孔窺視整體結果，進行巖體錨固性能試驗，試驗結果表明，主斜井可采用錨網索進行加固。②依據巷道巖體錨固性能試驗結果，基于高預應力錨桿支護理論，提出采用錨網（索）支護技術進行加固，并確定了加固方案。③井下礦壓監測結果表明，文中設計的加固方案有效控制了圍巖變形，提高了圍巖的穩定性，保證了巷道正常使用，是一種安全、有效的加固方式。

[1]康紅普，王金華.煤巷錨桿支護理論與成套技術[M].北京:煤炭工業出版社，2007.

[2]康紅普，姜鐵明，高富強.預應力在錨桿支護中的作用[J].煤炭學報，2007，32(7):673-678.