動壓影響下軟弱泥巖頂底板巷道支護技術研究

宋沛鑫

【摘 要】 動壓影響下軟弱泥巖頂底板巷道存在圍巖變形量嚴重問題，制約礦井正常生產。本文在對巷道原支護參數進行詳細分析基礎上，認為在動壓影響下的泥巖頂、底板巷道未對底板進行加固從而引起底鼓量過大是造成巷道圍巖變形量過大主要原因。提出采用以錨注技術為核心的巷道支護優化方案，并具體對巷道支護參數及施工工藝進行闡述。現場應用表明，優化后的巷道支護措施有效對巷道圍巖進行控制，底板底鼓量控制在10mm以內，確保了巷道使用安全。研究結果可以為類似情況下的其他礦井巷道圍巖控制提供一定借鑒。

【關鍵詞】 動壓;軟巖;巷道支護;圍巖變形;底鼓;錨注

【中圖分類號】 TD353 【文獻標識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）01-0007-03 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

巷道圍巖控制是煤礦安全生產的重要保障。動壓影響下，巷道塑性區范圍增加，圍巖變形加劇，當巷道頂、底板巖性為軟弱泥巖時，容易出現巷道底鼓量過大導致圍巖控制困難問題。

文中根據礦井現場實際情況，對巷道原采取的圍巖控制措施存在問題進行分析，并針對性提出以錨注技術為核心動壓影響軟弱泥巖巷道圍巖控制技術，并取得顯著應用效果。

1 工程概述

山西某礦開采2號煤層，厚度2.9m，埋藏深度平均420m，煤層直接頂為泥巖-砂質泥巖（厚度4.2m，f=2.3～3.5）、基本頂為砂巖（厚度6.5m，f=7.3～8.4），底板為泥巖（厚度4.5m，f=2.1～3.0），具體煤巖柱狀圖見圖1。

+380水平軌道巷設計長度為3600m，掘進至2750m時，巷道開始受到南一采區2106回采工作面采動影響，雖然留設超過20m護巷煤柱，但是采動壓力影響仍較為明顯，加之巷道圍巖巖性弱化，導致巷道頂、底板，巷幫出現一定的變形，變形量在160mm～380mm，局部區域圍巖出現脫落、開裂。具體的巷道圍巖變形破壞特征表現為：巷道表層噴射的厚度在200mm混凝土層率先出現開裂、掉落，具體見圖2;護巷煤柱幫巷幫變形量最大達到2680mm，底板底鼓量達到2400mm，平均為1800mm;巷幫收斂量平均達到1690mm。

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2巷道支護優化

2.1原巷道支護參數

+380水平軌道巷設計斷面為矩形，掘進斷面寬×高=5540mm×4320mm，凈寬×高=5300mm×4200mm。巷道原支護采用聯合支護方式，具體錨桿、錨索支護參數見表1，支護方式見圖2。

頂板錨桿支護配合采用鋼筋桁架補強，桁架采用直徑12mm鋼筋焊接而成，長度為5250mm，寬度為80mm;巷幫采用W鋼板護壁。頂板及巷幫均鋪設鋼筋網，長×寬為1540mm×940mm。

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2.2原支護存在問題分析

+380水平軌道巷埋深在420m左右，巷道頂、底板巖層均為巖性軟弱砂質泥巖、泥巖，2號煤層本身硬度也不高。巷道支護時未考慮側向的采動壓力影響，同時支護僅僅考慮頂板、巷幫，未對底板泥巖進行加固，造成后期在采動壓力、軟壓蠕變影響下，底板出現較大底鼓，導致巷幫支護結構承載點發生變化，支護體系支撐力不能滿足圍巖穩定性控制要求，從而致使巷幫收斂量增加，頂板出現破壞。

2.3巷道支護優化

2.3.1支護設計

設計的試驗段長度為200m，支護形式為：錨網索+注漿+錨注+噴漿方式，即在原有的巷道支護基礎上強化對底板泥巖控制，并增強巷幫、頂板支護強度，實現控制圍巖變形目的。具體在對巷道斷面修整后，即刻對巷道頂、底板以及巷幫噴射厚度在100mm、強度為C25混凝土層，實現封閉巷道周邊軟弱泥巖，防止在淋水作用下出現泥巖風化、膨脹等;在巷道頂板、巷幫增設自進式錨桿（型號為：ZJS25，規格為：25mm×2500mm），通過注漿實現對頂板、巷幫圍巖補強加固，頂板、巷幫自鉆式錨桿間、排距分別為1500mm×1600mm、1800mm×1600mm。在巷道底板施工自進式錨桿（型號為：ZJS25，規格為：25mm×2500mm），錨桿間距為2500mm×850mm，靠近巷幫的兩個錨桿外插角均為15°。具體支護方式見圖3。

2.3.2支護工藝

巷道擴面支護工藝與原巷道支護工藝類似，對巷道斷面進行擴展后，首先在巷道頂底板、巷幫噴射厚度50mm、強度C25混凝土，以便對圍巖進行控制，同時方便注漿泵、鉆機等施工機械布置。普通左旋錨桿施工完成4排后，開始施工自進式錨桿，每施工完成4排自進式錨桿后開始進行注漿。注漿漿液為水泥單液漿，頂、底板注漿壓力控制在1.5～2.0MPa，巷幫注漿壓力控制在1.0～1.5MPa。注漿完成后再噴射厚度50mm混凝土。具體的支護施工工藝流程見圖4。

3巷道圍巖變形監測

對巷道進行修整支護后，在+380水平軌道巷布置測點，用以監測巷道圍巖變形，對巷道支護效果進行判定。具體布置2個測點，相距為50m，測點每隔1周記錄一次，具體監測結果見表2。

從3.12～6.15時間段監測結果得出，1號、2號測點圍巖變形量較小，均保持在安全變形范圍之內。在整個監測期間，1號測點的圍巖變形量較大，頂、底板變形量最大為16mm，以底鼓為主，底鼓量在10mm;巷幫變形量最大為14mm，以煤柱幫變形為主，變形量為9mm。巷道圍巖變形量穩定在低位，不會對巷道后續的使用帶來不利影響。

+380水平軌道運輸巷在受到采動動壓、圍巖軟弱條件下，采用傳統錨網索支護方式對頂板、巷幫圍巖進行控制，不能起到良好的圍巖控制效果。現采用錨網索+噴漿+錨注方式，并對底板進行強化，有效控制巷道圍巖變形，保證了巷道正常使用安全。這表明，在動壓影響下圍巖松軟巷道采用注漿錨桿支護是一種有效的圍巖控制措施，巷道具體支護時應根據圍巖具體巖性，合理確定是否加固底板，對于底板松軟巖層，采用錨注加固方式，可以有效避免由于底鼓引起的巷幫、頂板收斂變形。

4結論

根據+380水平軌道運輸巷具體地質條件、受力環境，對巷道原采用支護參數存在問題進行分析，并具體對優化后的巷道支護方案進行闡述，采用錨注方式，并適當對底板進行加固，可以達到維護動壓影響下泥巖頂、底板以及巷幫的圍巖穩定目的。

通過對巷道支護參數優化，確保了巷道使用安全，避免了巷道圍巖變形量過大導致采區生產中斷問題，取得顯著效益。

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