礦山大變形跨采巷道斷面控制技術(shù)研究

王修敏

（徐州礦務(wù)集團(tuán)張雙樓煤礦，江蘇 徐州 221616）

礦山巷道受到采動(dòng)影響后，巷道圍巖發(fā)生變形的情況較為普遍，尤其對(duì)于膨脹性軟巖，其遇水易膨脹、擴(kuò)容，加劇了巷道圍巖的變形破壞，給頂板管理和巷道支護(hù)帶來許多困難。張雙樓煤礦-500大巷位于9200工作面的正下方，最小垂距不足20m，在9200工作面回采期間，-500大巷經(jīng)受劇烈的采動(dòng)影響；同時(shí)，-500大巷自身圍巖條件差，巖性主要為軟弱泥巖，在地下水的影響下易發(fā)生膨脹，底鼓量較大。如能解決礦山大變形跨采軟巖巷道支護(hù)的難題，釋放大巷周邊礦柱產(chǎn)能，將大大提高礦產(chǎn)資源的回收率，延長老礦井的服務(wù)年限。

1 -500大巷回采前斷面控制方式

9200工作面與-500西大巷揭發(fā)17.4～26.2m，9200工作面跨大巷回采前，采取傳統(tǒng)的錨、網(wǎng)、梁、索、噴聯(lián)合支護(hù)對(duì)大巷進(jìn)行了整體加固。

2 -500大巷修復(fù)支護(hù)方案

2.1 分段控制方案

根據(jù)-500大巷工程地質(zhì)條件及巷道不同位置實(shí)際變形破壞情況，設(shè)計(jì)優(yōu)先修復(fù)變形破壞較嚴(yán)重段以滿足行車等基本要求，再對(duì)變形量較小段巷道進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

2.2 變形破壞較嚴(yán)重段

2.2.1 巷道右側(cè)

由于原水溝設(shè)計(jì)在右側(cè)（為方便描述，規(guī)定原水溝側(cè)為右側(cè)），在地下水的長期影響下，巷道右側(cè)變形更為嚴(yán)重，幫部開裂嚴(yán)重，頂板也有一定的下沉，水溝也已嚴(yán)重破壞，巷道圍巖松散破碎，導(dǎo)致錨桿缺少著力點(diǎn)，錨固力失效，巷道整體變形量較大，特優(yōu)先對(duì)破壞較嚴(yán)重段巷道右側(cè)進(jìn)行修復(fù)，具體修復(fù)措施是：

對(duì)右側(cè)巷道幫部和頂板進(jìn)行擴(kuò)刷，斷面達(dá)到設(shè)計(jì)要求，然后對(duì)巷道右側(cè)斷面進(jìn)行“螺紋鋼錨桿+網(wǎng)+索+噴+螺紋鋼注漿錨桿”聯(lián)合支護(hù)，螺紋鋼錨桿Φ22×2400mm，間排距800×800mm；錨索Φ18.9×6250mm，間排距1600×1600mm；注漿錨桿采用Φ25×2500mm螺紋鋼注漿錨桿，間排距1200×1200mm，其中底角注漿錨桿距礦山巷道底板高度為200mm，角度下扎30°；螺紋鋼錨桿和注漿錨桿在橫向均采用鋼筋梯子梁連接，距巷道底板最近處和拱頂處螺紋鋼錨桿和注漿錨桿在縱向均采用M型鋼帶連接；噴射砼強(qiáng)度C20，混凝土原料配比為：水泥:黃沙:石子=1:2:2，噴漿后要及時(shí)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。具體見圖1。

具體施工工藝流程為：

擴(kuò)刷巷道右側(cè)→施工右側(cè)頂幫螺紋鋼錨桿孔→安裝錨桿→打錨索眼→安裝錨索→初噴30～50mm厚混凝土→打注漿錨桿孔→安裝注漿錨桿→注注漿錨桿（先底角再幫部后拱頂）→上鋼筋梯子梁、M型鋼帶及托盤螺母→復(fù)噴30～50mm厚混凝土→復(fù)注（根據(jù)觀測結(jié)果確定是否復(fù)注及復(fù)注位置）。

水溝的處理措施：可先將水溝臨時(shí)性移到左側(cè)，待右側(cè)巷道注漿完成并在底角處砌新水溝后，再將水重新引到新水溝。

2.2.2 巷道左側(cè)

待巷道右側(cè)修復(fù)后，再對(duì)巷道左側(cè)進(jìn)行修復(fù)，具體措施與右側(cè)一致。巷道斷面支護(hù)設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 礦山變形量較大段巷道斷面整體控制方案設(shè)計(jì)圖

2.3 變形量較小段

對(duì)于變形量較小段巷道，巷道斷面基本滿足設(shè)計(jì)要求，只需局部臥底整修、幫部擴(kuò)刷，再對(duì)礦山巷道斷面進(jìn)行噴漿以封閉圍巖，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行錨注支護(hù)，以提高圍巖完整性，保證巷道的長期穩(wěn)定性。注漿及支護(hù)用料同2.2中所述。支護(hù)斷面見圖2。

圖2 變形量較小段巷道斷面整體控制方案設(shè)計(jì)圖

3 支護(hù)施工參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 錨桿、錨索支護(hù)參數(shù)

錨桿采用Φ22×2400mm的螺紋鋼錨桿，每孔采用兩節(jié)Z2550樹脂藥卷加長錨固，錨桿預(yù)緊力不小于300N.m，錨固力不小于80kN；間排距800×800mm。錨索采用Φ18.9×6250mm的預(yù)應(yīng)力錨索，錨固劑根據(jù)端錨和全錨分MSK2550、MSZ2550錨固劑以及全長錨固劑（RBA380）兩種，錨固力不小于200kN。

3.2 注漿錨注支護(hù)參數(shù)

注漿用錨桿選取中空螺紋鋼注漿錨桿，規(guī)格為Φ25×2500mm，桿體上鉆有Φ6mm注漿孔，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，桿尾砸扁，采用快硬水泥藥卷封孔。

圖3 注漿錨桿結(jié)構(gòu)圖

3.3 護(hù)表構(gòu)件

錨桿配件：采用高強(qiáng)錨桿螺母M24×3，配合高強(qiáng)托板調(diào)心球墊和尼龍墊圈，托盤采用拱型高強(qiáng)度托盤，承載能力不低于40t。

鋼筋網(wǎng)：鋼筋網(wǎng)使用Φ6mm盤圓條，網(wǎng)格尺寸以120×120mm，網(wǎng)格均勻。M型鋼帶規(guī)格為寬度140mm，厚度4.2mm。

3.4 注漿參數(shù)

3.4.1 水灰比

注漿材料選取原則：漿液的結(jié)石體最終強(qiáng)度高；漿液結(jié)石率高，與巖體具有良好的粘附性；漿液流動(dòng)性好，配比易調(diào)；漿液具有足夠的穩(wěn)定性；漿液成本低廉無毒無味。故注漿材料采用普通硅酸鹽水泥，水泥采用425#普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比為0.6:1～0.8:1，為了增加水泥漿液的和易性、流動(dòng)性、微膨脹性，提高水泥漿液的結(jié)石率和錨注巖體的強(qiáng)度，采用ACZ-1添加劑，用量為水泥重量的4%。

漿液配合比如表1所示。

表1 水泥添加劑單液漿配制表

3.4.2 注漿量

由于圍巖裂隙的不均勻性和巖性差異，注漿時(shí)圍巖吸漿量差別較大，為實(shí)現(xiàn)既能有效加固圍巖達(dá)到一定擴(kuò)散半徑，又能節(jié)省注漿材料和注漿時(shí)間的目標(biāo)，為保證科學(xué)的注漿量，一是控制泵壓，對(duì)于單孔注漿錨桿而言，在圍巖內(nèi)泵壓達(dá)到3.0MPa時(shí)停止注漿；二是當(dāng)相鄰鉆孔一旦跑漿就停止注漿。另外，部分區(qū)域采取插孔復(fù)注來保證注漿質(zhì)量。

3.4.3 注漿壓力

根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)，注漿錨桿的注漿壓力取為2.0～3.0MPa。

3.4.4 注漿時(shí)間

為防止注漿在弱面漿液擴(kuò)散較遠(yuǎn)，造成跑漏現(xiàn)象，在控制注漿量和注漿壓力的同時(shí)，必須控制注漿時(shí)間，現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于單孔注漿錨桿及注漿管的注漿時(shí)間取為200～400s。

4 應(yīng)用效果

9200工作面2019年3月回采結(jié)束，-500西大巷自同年8月份開始修復(fù)，支護(hù)方案多次更改最終確定了錨注支護(hù)方案，現(xiàn)該工程已完工，-500大巷已正常投入使用。現(xiàn)場實(shí)踐證明，該方案避免了傳統(tǒng)支護(hù)條件下巷道礦山掘進(jìn)后修、多次翻修的被動(dòng)局面，安全與經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

5 結(jié)論

采用注漿錨桿（索）及選擇合理的護(hù)表構(gòu)件組成的允許一定變形量的柔性、剛性相結(jié)合的支護(hù)體系，使巷道圍巖塑性變形和支護(hù)強(qiáng)度耦合，達(dá)到限制圍巖產(chǎn)生有害變形損傷的目的，實(shí)現(xiàn)一體化、荷載均勻，達(dá)到大變形跨采軟巖巷道的穩(wěn)定。