深部高應力圍巖巷道維修支護技術及其優化

孫長海

摘要：在改革開放的新時期，我國的國民經濟在快速的發展，社會在不斷的進步，文章通過分析深部巷道在高地應力作用下的破壞情況，結合高應力圍巖巷道的變形特征和破壞機理分析，采用全長錨固、復合網和注漿錨索加強兩幫支護的高應力環境下巷道修復方式，降低了巷道變形的情況，并延長巷道維修周期，進一步改善并優化了深部高應力圍巖巷道維修支護技術。

關鍵詞：深部高應力；巷道維修；注漿錨索

引言

隨著淺部資源枯竭，煤礦采場布置逐漸向深部轉移，隨之而來的深部高地應力對巷道的破壞情況日益嚴重，巷道受力后巖體破碎，使修護工作更是難上加難。重新掘進巷道在時間和空間上都會制約礦井的發展，研究高應力環境下巷道修復的合理支護方式變得尤為重要。某礦-817mC13底板巷位于該礦井-820水平，由于埋深較大巷道壓力顯著，通過調查發現，巷道圍巖為砂質泥巖，巷道兩幫變形及底鼓最為嚴重，局部臥底量超過0.9m，巷道使用面積變小，甚至還導致巷道無法使用，部分巷道經過返修，但破壞仍較嚴重，影響礦井生產和安全。為了更好地對巷道進行維修，通過摸清巷道圍巖變形特征及變形力學機制，采取有針對性的支護方法。

一、巷道變形破壞特點及原因分析

（一）巷道破壞現象及特點

通過對巷道現場的實際考察及測試，發現巷道變形破壞有以下幾個特點：在一次支護巷道中，未對不同的巖層進行綜合分析，均采用錨網噴支護方式，達不到巷道支護要求，而出現變形和破壞的程度不同；部分地段頂板有淋水現象，由于受巷道圍巖中水的影響，局部變形破壞更嚴重；變形破壞后的巷道圍巖，其主要特征是軟弱、松散和破碎，加上軟化和泥化現象顯著，巖體傾向反轉，頂板圍巖呈現倒人字形破壞，承載能力極低，從而加劇了巷道后期的變形破壞。

（二）巷道破壞失穩原因分析

通過分析巷道破壞特點，綜合物理模擬和數值模擬結果，深部高應力軟巖巷道失穩的原因和機理為：深部地應力大而且應力場分布復雜，這是影響巷道穩定性的最重要因素。當開挖引起的應力集中導致圍巖破裂時，圍巖破裂是釋放應力的過程，同時導致高集中應力往圍巖深部轉移，進一步導致深部圍巖的破裂，當深部圍巖的承載力大于應力時破裂才停止；深部巷道圍巖的軟巖特性十分明顯，除一部分圍巖本身強度低，呈現軟巖特性外，堅硬的巖石也會呈現明顯的軟化和弱化現象，圍巖條件極破碎，強膨脹，受流變時間效應的影響，呈現大變形特性；支護時機不恰當、支護形式及參數不合理等也是導致深部高應力軟巖巷道失穩的關鍵原因。針對平煤股份五礦己三下延軌道下山底板這一關鍵部位，建議采用錨注的方式進行加固，防止嚴重底鼓的發生。

（三）施工關鍵技術

1.錨桿施工關鍵技術

（1）嚴格控制錨桿孔的排距、角度和深度。（2）錨桿孔成孔后，用壓風吹洗眼底，在安裝前，使樹脂錨固劑的錨固效果及錨桿的錨固力得到保證。（3）錨桿安裝時，按照施工工藝要求，用錨桿體將樹脂送到眼底后，起動錨桿鉆機，樹脂藥卷得到攪拌，送至眼底后，停鉆機，等待約20s，卸下鉆機，錨桿安裝完成。（4）為了保證錨桿初錨力，錨桿安設時的安裝扭矩不能低于150N·m，每班質檢員應采用扭矩扳手進行抽查，不合格的一定要重新擰緊。

2.錨注施工

（1）為保證注漿時不出現漏漿現象，必須進行噴漿，可封閉巷道圍巖的表面裂隙。（2）噴漿時，須控制好噴層的質量，既要將圍巖封閉好，又要保證注漿錨桿孔口的外露長度。（3）注漿時，注漿工站在注漿錨桿的側面1m以外，以防錨桿孔噴漿傷人。注漿壓力一般不大于2.0MPa，超壓時，處理要及時，避免發生設施損壞甚至傷人等事故。（4）底板注漿時，要注意觀察注漿孔周圍漿液的滲漏和擴散情況，當巷道的底板周圍出現大量漏漿情況時，可以暫停注漿，再對其余注漿孔實施注漿作業。（5）根據巷道實際注漿情況的變化，及時開、停注漿泵，并時刻注意觀察注漿泵的注漿壓力，以免發生管路堵塞及崩管等現象。

二、支護技術優化

針對某礦-817mC13底板巷修復的支護優化措施，其一分析錨桿鉆機的鉆孔情況，觀察到鉆進速度正常，在鉆孔之后也并未出現塌孔狀況，證實巖層能夠進行正常的錨固；巖石相對來說較為松軟，通過對打孔時排出的沖孔水的顏色進行初步判斷后，能夠對錨固的強度進行有效預測。其二，觀察已經過擴修的巷道，能夠看到在頂板上有較多的錨桿和錨索。在巷道圍巖嚴重變形的情況下，錨桿和錨索并沒有出現一些不良情況，不僅不會由于巖層膨脹的拉伸作用產生斷絲、斷錨，也沒有產生彎折。因此，對巷道支護可采取以下技術方式進行優化：1）全長錨固取代端錨。端錨的錨桿自由段幾乎不會出現徑向約束效應，在巖層出現層間錯位、剪切膨脹的過程中并不能出現相關反應，且軟巖中錨固的強度很低，軸向約束效應也會受到一定的制約，無法進行有效支護。2）復合網取代單層網。以往的支護使用的是D6.5mm圓鋼焊接菱形鋼筋網，其網片為1750mm×930mm，網與網之間的間隔為100mm×100mm，圍巖在力的作用下產生破碎情況，鉆孔機的錨固過程則會出現漏頂情況，在本次支護中使用的是復合網，即在鋼筋網內部增加一層D2mm菱形鐵絲網，大小與鋼筋網相同，且網格之間的間隔為50mm×50mm。3）注漿錨索取代淺孔注漿。

三、支護效果檢測

對本次支護優化方案設計的效果進行檢測，一是要檢驗圍巖注漿后的效果，采用鉆孔窺視儀，觀測在同一區域維修前后的錨索鉆孔。通過前后的對比效果，我們觀察到在孔深為5m左右時，注漿效果表現顯著，滲透到巖體中，產生了黏結補強的效果，并轉變了圍巖的破壞機制，很大程度上提升了支護結構的承載能力，滿足高應力破碎巖體巷道的支護需要。其二，巷道中也布置了圍巖表明位移監測斷面，從上文中也進行了相關分析，巷道底板的兩幫位移量明顯降低，使得底鼓情況明顯得到改善。此方案的實施確實加強了支護結構的承載能力，并對深部高應力巷道的變形起到有效控制作用，對巷道的穩定以及礦井的生產都提供了保障。

結語

巷道維修應根據深部巷道圍巖壓力的來壓迅速，圍巖變形量大，四周同時來壓和持續流變等特性，采取正確的支護原則和措施。由于支護原則和方法不正確雖曾采用多種形式的支護，但成效并不明顯。分析原因有：在維修過程中只是簡單的對破碎圍巖進行挖補，沒有真正地從巷道圍巖破壞程度，以及如何利用圍巖增加抗壓強度進行支護設計。

參考文獻：

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