深部破碎巖層巷道支護技術研究及應用

王維東

（甘肅省地礦局四勘院，甘肅 酒泉 735000）

發展至今，我國中型以上礦山巷道錨桿支護率已經達到70%，已經初步形成了中國特色巷道錨桿支護技術體系，“錨網索噴+U型鋼支架+注漿”的聯合支護技術已經成為目前破碎巖層巷道首選、安全、高效的支護方式，極大的促進了我國礦井建設事業持續穩定的發展[1]。

1 案例分析

某金屬礦山，礦井設計生產能力為500萬t/a，隨著開采力度的增加，礦井深度逐年增加，截止目前，該礦山礦井深度已經達到-1200m，巷道內圍巖包括：細砂巖密度為2.69kg·m-3，體積模量為23.45GPa，剪切模量為16.24GPa，泊松比為0.24；在粉砂巖密度為2.76kg·m-3，體積模量為14.68GPa，剪切模量為9.65GPa，泊松比為0.26；砂質泥巖密度為2.68kg·m-3，體積模量為9.65GPa，剪切模量為5.64GPa，泊松比為0.23。

2 深部破碎軟巖巷道變形破壞特征

開拓巷道原來采用的噴錨網支護方案為：錨桿直徑為22mm，長度為2500mm，間排距為800mm×800mm；錨索直徑為24mm，長度為6300mm，間排距為1200mm×1200mm；噴漿混凝土強度為C20，厚度為90mm，金屬網的直徑為6mm，長度為1750mm，寬度為950mm，網片接茬為100mm；錨固劑的型號為Z2350，錨桿2卷，錨索4卷。此種支護方案已經難以滿足具體需求，導致支護結構逐漸失穩損壞，難以有效控制深部破碎巖層巷道繼續變形。導致巷道圍巖難以維持基本穩定和安全的需求，在高應力的作用下，巷道再次發生失穩破壞。從10個測站、30個測試斷面的圍巖松動圈測試結果而言，該深部破碎巖層巷道圍巖松動比較大，基本為3.0m～3.5m之間，局部達到5.0m～6.0m之間[2]。

3 深部破碎軟巖巷道變形破壞機理

通常情況下，巷道在開挖前，深部巖體往往處于三向受力平衡狀態，隨著巖體開挖的不斷深入，勢必會破壞原先處于平衡狀態的應力場，導致切向應力增加，或者徑向應力減少。如果不進行及時的支護處理，就會導致巷道圍巖在一定范圍內產生明顯的應力集中。如果巖體自身強度比較高，或者作用在巖體上的應力比較小時，則巷道屬于安全巷道，可根據具體情況進行支護。

但當圍巖局部區域應力超過圍巖的最大限度臨界值時，則會破壞圍巖的整體性能。此時巷道周圍圍巖的應力明顯降低，高應力逐漸從圍巖表面向深部轉移，經過適當調整后，就會形成一個新的三向應力平衡狀態，但會圍巖的周圍形成一個較為松散的破碎區，也被稱之為圍巖松動圈。到受到外力振動時，圍巖松動圈會發生掉落或者坍塌，從而影響人員和設備設施的安全性。

4 深部高應力破碎軟巖巷道支護技術的應用

4.1 錨網支護技術

為保證深度破碎巖層巷道的安全性，錨網支護錨桿采用高性能左旋無縱筋螺紋錨桿，鋼型號為HRB500，具體規格為直徑22mm，長2800mm，間排距控制為700mm×700mm,并采用2卷Z2865型樹脂藥卷加長錨固，為保證支護效果，錨固的程度要控制1.5m～2.0m之間，且錨固應力不能低于120kN，預緊力要達到100kN以上。托盤采用拱形高強度托盤，長度為200mm，寬度為200mm，高度為15mm。托梁采用之間為14mm的高硬度螺紋鋼焊接而成，鋼筋網則采用直徑為8mm的螺紋鋼焊接而成，網孔長度控制在80m～100mm之間，寬度不得低于100mm，噴射混凝土強度等級不得低于C25，為避免裂縫對支護效果的影響，配合比要控制在1：2：2，摻入3%的速凝劑，第一層噴射的混凝土厚度要控制在50mm左右。

4.2 錨索和U型鋼支架支護技術

圖1 錨索與U36型鋼支架結構

預應力錨索采用1×20股高強度低松弛預應力鋼絞線制作而成，直徑為22mm，長度為6300mm，孔徑控制在32mm左右，同樣采用3卷Z2865型樹脂藥卷加長錨固。為最大限度上保證支護效果，錨索的預應力要控制在120kN以上，間排距為1400mm×1400mm，支架采用U36型鋼制作而成，具體如圖1所示，間排距要控制在700mm左右。

4.3 注漿支護技術

具體方法為：先進行預埋注漿管施工，間排距要控制在1.4m×1.4m。低壓淺孔注漿管的直徑為40mm，長度為1.0m，孔徑為45mm，孔深為2.8m。使用42.5級普通硅酸鹽水泥，控制水灰比在0.8～1.0之間，注漿壓力控制在2MPa以內，以確保噴漿層不發生開裂。水玻璃的摻量則要控制在水泥用量的3%左右。當漿液徹底凝固后，再進行高壓深孔滲透注漿，采用直徑為28mm的鉆頭進行掃孔，掃孔深度在5.0m，采用52.5級普通硅酸鹽混凝土進行注漿，并摻入水泥量為0.7%的NF高效減水劑。

5 結語

就該案例而言，通過采用上述支護技術后，深部破碎巖層巷道頂、幫、底板移近量為3.45mm，滿足實際標準要求，也就充分說明，采用“錨網索噴+U型鋼支架+注漿”的聯合支護技術，可有效控制深部破碎巖層巷道的變形，確保巷道圍巖和支護結構的穩定性和安全性，值得大力推廣應用。

[1]楊培忠．深部破碎軟巖巷道變形機理及控制[J]．礦山測量,2017,45(04)：17-20．

[2]李世棟．深部破碎圍巖注漿加固技術及其應用[J]．礦山測量,2017,45(02)：56-60．