深部巷道快速機(jī)械化修復(fù)技術(shù)

李琰慶

(淮南礦業(yè)集團(tuán)， 安徽淮南市 232046)

礦井進(jìn)入深部以后，原巖應(yīng)力與構(gòu)造應(yīng)力不斷升高，圍巖巖性趨于軟巖化［1］，淺部同層位的厚層狀硬巖到深部后變薄，并次生軟弱夾層，同時伴隨大量煤線發(fā)育，巷道實(shí)施的錨網(wǎng)索噴支護(hù)體系已不能適應(yīng)深部高應(yīng)力巷道變形的需求［2-3］，導(dǎo)致在巷道支護(hù)后不久，即發(fā)生離層、底臌、片幫等不同類型的破壞，破壞速度快，變形量大，出現(xiàn)“前掘后修、重復(fù)翻修”的現(xiàn)象，巷道修復(fù)工程量大。而傳統(tǒng)的巖巷人工修復(fù)技術(shù)存在施工周期長、勞動強(qiáng)度高、安全威脅大等問題，已不能適應(yīng)深井高應(yīng)力軟巖巷道修復(fù)的要求。因此，尋求一種合理有效的快速機(jī)械化修復(fù)及治理技術(shù)勢在必行。

1 工程概況

謝一礦望峰崗井是國家深井試驗(yàn)礦井，位于謝李礦井的深部，地面標(biāo)高+30 m左右，一水平－820 m、二水平－960 m、三水平 －1200 m，開采深度深、地溫高、瓦斯大，具有高瓦斯、高地壓、高地溫的“三高”特點(diǎn)。－960 mC15頂板運(yùn)輸大巷是礦井－960 m水平的主要運(yùn)輸巷道，擔(dān)負(fù)礦井－960m水平的運(yùn)輸任務(wù)，服務(wù)年限長。該巷全長2600 m，凈斷面5.4 m×4.1 m，直墻半圓拱形，頂幫采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)，底板不支護(hù)。采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)6個月后，巷道頂部兜肚變形、斷錨、斷索，圍巖變形大，底臌強(qiáng)烈，底臌量達(dá)到800～1100 mm(見圖1)，嚴(yán)重影響巷道的安全使用，亟需進(jìn)行綜合治理。

2 巷道破壞原因分析及修復(fù)方案

2.1 巷道破壞原因分析

(1)地應(yīng)力高。巷道處于－960 m水平，埋深接近1000 m，圍巖應(yīng)力大。根據(jù)對－820 m水平地應(yīng)力測試結(jié)果，該區(qū)最大水平主應(yīng)力量值為20.33 MPa，水平應(yīng)力大于鉛直應(yīng)力，側(cè)壓系數(shù)約為1.12，應(yīng)力場是以水平應(yīng)力為主［2］，再加上施工擾動引起的內(nèi)部應(yīng)力重新分布，圍巖體容易發(fā)生卸荷破壞，變形破壞嚴(yán)重。

圖1 巷道變形破壞情況

(2)巷道圍巖性質(zhì)差，強(qiáng)度低。巷道圍巖以花斑狀泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，巖性較差，且穿過3條落差較大的斷層和D16、D17煤線，巷道圍巖強(qiáng)度低，穩(wěn)定性差，軟巖的膨脹性顯著，再加上高應(yīng)力、高地溫的影響，圍巖變形不斷的增大，導(dǎo)致支護(hù)體破壞、巷道失穩(wěn)。

(3)支護(hù)形式與圍巖變形不相適應(yīng)。巷道頂、幫、底的支護(hù)為一整體，三者相互關(guān)聯(lián)，互相影響。巷道掘后頂幫及時進(jìn)行了支護(hù)，初期巷道形成應(yīng)力平衡，但底板沒有支護(hù)，受水、地應(yīng)力的綜合作用，出現(xiàn)底臌，由于底臌的不斷增大，同時具有不協(xié)調(diào)特性，初期巷道的應(yīng)力平衡被打破，帶動頂幫變形，頂幫的變形進(jìn)一步加劇巷道的底臌，相互不斷影響，最終導(dǎo)致巷道失穩(wěn)破壞。

2.2 修復(fù)方案

根據(jù)上述巷道圍巖變形特征及變形破壞機(jī)理分析，提出控制C15頂板運(yùn)輸大巷修復(fù)技術(shù)方案。

(1)臥底、刷擴(kuò)巷道到達(dá)設(shè)計斷面;

(2)對巷道頂幫圍巖實(shí)施高強(qiáng)錨網(wǎng)索噴補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，優(yōu)化圍巖淺部應(yīng)力環(huán)境，促使圍巖由兩向應(yīng)力狀態(tài)向三向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)高阻讓壓約束圍巖變形，阻止圍巖破壞［4－5］;

(3)巷道全斷面注漿加固，提高圍巖的強(qiáng)度，使巷道頂、幫、底支護(hù)形成一整體，提高圍巖自身承載能力［6］;

(4)巷道底板實(shí)施長錨索加強(qiáng)支護(hù)，控制巷道底板深部巖層移動，消除巷道底板鼓起。

3 巷道修復(fù)施工

為提高巷道修復(fù)速度，在－960 mC15頂板運(yùn)輸大巷修護(hù)使用側(cè)裝機(jī)配合電機(jī)車臥底排矸，為充分發(fā)揮機(jī)械化效能，盡可能組織平行作業(yè)，在時間和空間上，進(jìn)行分區(qū)施工，即前方補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)區(qū)、中間的臥底鋪軌區(qū)和后方的注漿加固區(qū)。

3.1 巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)區(qū)

錨桿采用Φ22 mm×2500 mm的高強(qiáng)錨桿，間排距800 mm×800 mm，錨桿托盤為10 mm×180 mm×180 mm的鋼板冷軋碟型盤;鋼筋網(wǎng)規(guī)格為Φ6.5 mm ×930 mm ×1750 mm;錨索規(guī)格為 Φ17.8 mm×6500 mm，間排距2400 mm×2400 mm，錨索墊板規(guī)格為245 mm×245 mm×12 mm;頂部錨桿每根3卷采用Z2860型樹脂錨固劑，幫部錨桿每根4卷采用Z2560型樹脂錨固劑，實(shí)現(xiàn)全長錨固，錨索每根采用4卷Z2860型樹脂錨固劑;噴射混凝土初噴50 mm，復(fù)噴70 mm，強(qiáng)度C20，混凝土配比(體積比)為水泥∶黃沙∶瓜子片=1∶2∶2，并均勻加入水泥重量3%～5%的速凝劑。

3.2 臥底鋪軌區(qū)

為加快巷修進(jìn)度，使用側(cè)裝機(jī)臥底，水溝挖掘同步進(jìn)行，撤除原軌道，進(jìn)行永久軌鋪設(shè)。側(cè)裝機(jī)具有操作方便、機(jī)動性強(qiáng)、排矸快特點(diǎn)，考慮兼顧水溝、鋪軌和前方支護(hù)同步推進(jìn)，安排兩班臥底，日排矸60車，需6個工，平均10車/工，是人工風(fēng)鎬、鏟子臥底1.5車/工的7倍。提高勞動效率的同時，也減輕了職工勞動強(qiáng)度。

3.3 注漿加固區(qū)

巷道周圈采用深孔注漿，每排7個孔，排距2.5 m，孔深2.5 m;其余孔盡量垂直巷道輪廓線，底板孔盡量垂直巷道底板。孔口管規(guī)格:深孔為Φ22 mm×3.25 mm×1500 mm普通鋼管;底板孔為注漿膠囊管。巷道周圈深孔終孔壓力5 MPa，底板孔終孔壓力2 MPa。注漿選用P.042.5普通硅酸鹽水泥，漿液類型為單漿液，水灰比為1.5∶1。

底板采用膨脹膠囊無止?jié){層注漿，如圖2所示。注漿膠囊在漿液壓力作用下體積膨脹，外壁與孔壁產(chǎn)生擠壓，實(shí)現(xiàn)封孔。即首先在底板施工600 mm淺孔配合注漿膠囊進(jìn)行低壓注漿，漿液外露即停，漿液與淺層圍巖凝結(jié)成一層帷幕，然后施工1500 mm中孔注漿，利用淺層注漿形成的帷幕做止?jié){層帶壓注漿，最后施工2500 mm深孔注漿，利用上層注漿形成的帷幕進(jìn)行高壓注漿，漿液將巷道底板圍巖中的水置換出來，并與深層巖石凝結(jié)成一個整體，消除底板巖石遇水膨脹，最終達(dá)到加固底板圍巖的目的。

圖2 膨脹膠囊無止?jié){層注漿

3.4 修復(fù)效果

巷道修復(fù)治理內(nèi)容包括補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、臥底、水溝、永久軌、注漿、底錨等一次完成，平均月進(jìn)200 m，注漿量150 t左右。巷道修復(fù)治理4個月后，最大位移量80 mm左右，后期趨于穩(wěn)定，至今無明顯變化，取得了較好的效果。

4 結(jié)論

(1)高地應(yīng)力、圍巖性質(zhì)差和低強(qiáng)支護(hù)形式是導(dǎo)致一礦－960 mC15頂板運(yùn)輸大巷圍巖變形破壞的主要因素。巷道頂、幫、底的支護(hù)為一整體，三者相互關(guān)聯(lián)，互相影響，需同時采用高強(qiáng)度支護(hù)。

(2)利用側(cè)裝機(jī)配合電機(jī)車臥底排矸，組織平行作業(yè)，在時間和空間上，進(jìn)行分區(qū)施工，巷道修復(fù)速度與傳統(tǒng)人工修復(fù)技術(shù)相比提高了7倍，且減小了工人勞動強(qiáng)度。

(3)實(shí)施巷道頂幫圍巖高強(qiáng)錨網(wǎng)索噴補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、全斷面注漿加固及底板長錨索的綜合治理技術(shù)，能有效控制深井高應(yīng)力軟巖巷道圍巖變形，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

［1］何滿潮，謝和平，彭蘇萍，等.深部開采巖體力學(xué)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2005，24(16):2804-2812.

［2］袁 亮.深井巷道圍巖控制理論及淮南地區(qū)工程實(shí)踐［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2006.

［3］康紅普，王金華，林 健.高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力支護(hù)系統(tǒng)及其在深部巷道中的應(yīng)用［J］.煤炭學(xué)報，2007，23(12):1233-1238.

［4］張大慶，黃 興，張國龍，等.淮南深部巷道擠壓變形及其控制對策［J］.煤礦安全，2013，44(2):46-48.

［5］嚴(yán) 石，陳建本.復(fù)雜條件下巷道圍巖控制機(jī)理及支護(hù)技術(shù)［J］.煤礦安全，2013，44(3):71-73.

［6］常聚才，謝廣祥.深部巷道圍巖力學(xué)特征及其穩(wěn)定性控制［J］.煤炭學(xué)報，2009，34(7):881-886.