破碎圍巖巷道加固支護技術研究與實踐

劉奇珍

（呂梁市煤炭工程質量監督站， 山西 呂梁 033000）

引言

動壓及構造影響的破碎圍巖巷道在我國煤礦開采中普遍存在且具有量大面廣的特點。目前有50%以上采動巷道的支護與圍巖變形不相適應，支護結構破損嚴重，已嚴重影響了巷道通風、行人和運輸[1-4]，理論上和生產上都迫切要求解決該類巷道的圍巖變形活動規律及其控制的問題。隨著開采范圍的擴大和采面的推進，很多原來采用“砌碹支護”、“錨噴支護”“U型鋼支護”的開拓巷道如運輸大巷等受到采面動壓的影響發生了不同程度的破壞。如果采用原支護方式返修，為滿足生產要求，需要頻繁返修并影響生產，還導致支護成本急劇增加，為改變支護狀況和降低支護成本，必須改用適合返修巷道的新型支護技術[5-6]。

1 巷道地質條件

某礦470m水平南翼大巷五采車場石門段穿越15煤底板，最初支護形式采用錨桿、砌碹聯合支護，巷道凈寬4.2m，凈高3.5m。由于巷道壓力顯現嚴重，兩幫及頂板變形很大，底鼓嚴重，碹體巷道嚴重收縮變形破壞，不能滿足正常使用要求。

2 巷道圍巖變形特征分析

為充分掌握巷道圍巖破碎情況，采用鉆孔窺視儀觀測巷道圍巖。圖1為巷道頂板圍巖不同深度鉆孔窺視圖。

由圖1可知，0.2～0.5m位置，鉆孔圍巖破碎嚴重，呈松散顆粒狀，鉆孔坍塌成形困難。1.0～2.0m位置，鉆孔成形情況有所好轉，但鉆孔壁凹凸不平，成形仍不規則，從更深處鉆孔圍巖狀況分析來看，1.0～2.0m位置圍巖破碎情況好轉應該屬于局部現象。2.4～2.8m位置鉆孔成形極度不規則，圍巖比較破碎，有較多較大裂隙，但破碎程度和0.2～0.5m位置處較輕。3.5m位置鉆孔成形規則，但明顯能看見鉆孔壁上有較多裂隙，圍巖仍遭到破壞。4.0m位置鉆孔成形規則，鉆孔壁光滑，無裂隙，可見4.0m位置處圍巖完整未破壞。

圖1 頂板圍巖不同深度下鉆孔窺視圖

通過以上分析可知，巷道在3.5m范圍內由圍巖淺部至深部，圍巖破碎情況逐漸減輕，到4.0m位置時圍巖完整。因此，雖然不同的位置松動圈大小不同，但是從鉆孔窺視圖可知，巷道圍巖松動圈范圍大致在3.5m左右。

巷道掘進后，在高應力和采動影響下，巷道破碎范圍較大。應力引起的淺部圍巖初始破壞，圍巖逐漸破碎，影響巷道原錨桿支護的著力基礎，當錨桿逐漸失效后，錨固區圍巖承載能力急劇降低，高應力向深部轉移，轉移過程中導致圍巖破碎范圍進一步增大，破碎范圍內圍巖呈軟弱、松散、破碎狀態，圍巖自穩性差，極易冒頂和底鼓，而底鼓使兩幫及頂板位移量加劇，持續時間長，支護結構失穩承載能力大幅降低，從而出現圍巖變形斷面收縮，導致巷道無法滿足使用要求。

3 加固支護技術方案設計

根據前面的研究分析，確定了巷道的支護方案，即采用先對巷道圍巖注漿加固巷道破碎圍巖，然后采取錨桿支護和U型鋼支護以及巷道關鍵部位加強支護等手段聯合支護巷道以控制圍巖變形。支護參數主要包括以下幾個方面。

為了進一步地加固巷道破碎圍巖，本次注漿采用的方式為淺部注漿和深部注漿相結合，淺部布置注漿孔，孔深1.5m，直徑42mm，間排距1.2m×1.6m，注漿管Φ25mm×500mm；深部注漿孔孔深3.2m，直徑42mm，間排距1.2m×1.6m，采用Φ25mm×3 000 mm注漿錨桿注漿加固，深孔與淺孔交錯布置；在拱腳處這一巷道關鍵部位布置一深孔和淺孔，孔與水平方向成30°角。注漿孔布置如圖2所示。

圖2 注漿孔布置圖（mm）

滯后深部注漿一段距離（15～20m），與內注漿錨桿隔排布置螺紋鋼錨桿加強支護，錨桿間排距1.2m×1.6m，錨桿規格Φ22mm×2 400mm。并采用U29型鋼棚，棚距為800mm。

4 工程應用

為某礦470水平南翼大巷五采車場段巷道在整修前，嚴重變形、斷面收縮嚴重，已無法滿足生產使用要求，且嚴重威脅工作人員的人身安全。整修并注漿加固后，巷道圍巖穩定性明顯改善。整修前后支護效果對比如圖3所示。

圖3 巷道整修前后效果對比

現場監測的巷道整體輪廓形狀、尺寸基本沒有變化，支架梁、腿沒有出現彎曲、凸起跡象，底鼓變形量減小，未出現流變現象，巷道圍巖處于穩定狀態，工業試驗后巷道斷面收斂變形控制在3%?，F場變形測試結果與數值計算模擬結果比較接近，它既可提供補強支護力，又可限制圍巖發生流變，保證了地下工程設計斷面和使用功能。表明注漿+錨桿+U型棚支護能夠滿足破碎軟巖巷道修復治理的要求。

圖4為注漿前后巷道頂板鉆孔窺視圖。由圖中可以看出，在注漿前，頂板深處由于頂板離層，已產生破碎，導致巷道的自承能力減弱，如果這時僅僅依靠架棚支護，必然導致巷道繼續破壞。注漿后，破碎圍巖被黏結強度大的化學漿液黏結在一起，致使圍巖的殘余強度增加，從而圍巖自承能力變大。

圖4 注漿前后圍巖效果對比

5 結論

針對巷道圍巖變形破壞機理和變形破壞特征，提出采用注漿+錨桿+U型鋼+關鍵部位加強支護的支護方案，并得到了以下結論：

1）通過對破碎圍巖注漿加固并結合U型鋼、錨桿支護等支護方式，增強巷道淺部圍巖承載能力，提高對深部圍巖的支護能力；

2）分析不同支護方案條件下，巷道頂底板、兩幫位移可以得出，注漿加固能有效改善圍巖力學性能，發揮自承能力；

3）注漿加固與錨桿支護技術相結合，提高破碎圍巖的殘余強度及變形能力，使破碎圍巖錨固體具有較好的讓壓性能和較大的支護強度，巷道變形大幅減??；

4）對巷道關鍵部位（拱腳處）注漿加固能有效地控制巷道底鼓和兩幫變形。