深部軟巖巷道“雙殼”支護技術研究與應用

任俊峰

【摘 要】 文章針對深部軟巖巷道傳統錨網索加固方式支護效果不佳的情況，以萬年礦南二行人下山上段為工程背景，采用“雙殼”支護技術對巷道圍巖進行加固處理。通過現場實踐及礦壓監測結果表明：采用該支護形式后，巷道圍巖頂板下沉量減少了12.3mm，巷道兩幫橫向變形量減少了14.6mm，且巷道頂板圍巖內部離層值相對較小，比原支護形式更能有效控制巷道圍巖的變形。

【關鍵詞】 深部巷道;軟巖;“雙殼”支護;圍巖控制

【中圖分類號】 TD353 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）06-0019-02

目前煤礦開采逐漸向深部發展，由此帶來的地應力大、地溫高、地質環境較差等問題，導致深部軟巖巷道圍巖發生顯著變形以及軟巖巷道圍巖支護困難的情況，嚴重制約著深部礦產資源的開發與利用。因此許多專家學者在高應力軟巖巷道支護方面進行了大量研究，孟慶彬等對深部高應力破碎軟巖巷道圍巖的變形機理進行了研究，并提出了“錨網索噴+U型鋼支架+注漿+底板錨注”的支護方式。宋沛鑫采用錨網索+注漿+錨注+噴漿的支護方式控制動壓影響下的軟弱泥巖巷道圍巖的變形，并驗證了其可行性。許文靜分析了巷道動壓對巷道圍巖支護影響。以上專家學者是通過對巷道圍巖的淺部進行錨桿、注漿支護，并沒有對深部圍巖進行支護加固，阻隔深部巖體高地應力的傳播。

本文依據以上專家學者的研究成果，針對某礦高應力軟巖巷道的工程地質特點，提出了“雙殼”支護方案，深淺殼體形成的支護體系可以有效減小巷道圍巖破壞范圍，現場監測結果驗證了該支護方案的可行性，此研究結果可為類似工程地質條件下的高應力軟巖巷道支護技術提供借鑒與參考。

1 工程概況

南二行人下山位于南二采區，其埋深900m，巷道圍巖主要為泥巖及粉砂巖，主要呈灰黑色，薄層狀結構，巖石強度較低，且地應力較高，同時運輸巷道的斷面相對較大，屬于典型的高應力軟巖巷道。鉆孔柱狀圖及煤巖體力學參數如圖1和表1所示。

2 深部軟巖巷道變形特征及影響因素分析

由于高應力軟巖巷道圍巖的巖體強度較低以及賦存的高地應力，導致巷道支護難度較大，其主要控制因素為圍巖體的巖性特征，軟巖巷道圍巖的巖體與水易發生反應，出現泥化、崩裂等現象。如果未采用有效的支護方式進行控制，巷道圍巖將在短時間內發生變形，最終導致失穩破壞。同時巖體中的膨脹性黏土礦物成分也會發生吸水或失水現象，導致巷道圍巖發生膨脹收縮，加劇了巷道圍巖的破壞程度。

3 深部軟巖巷道“雙殼”支護基本原理

3.1 “雙殼”支護基本概念

巷道“雙殼”支護理論是通過對巷道的淺部進行錨桿、注漿支護形成淺部應力支護殼，對巷道的深部進一步通過錨桿、注漿加固形成深部應力加固殼，深淺殼體形成的支護體系可以有效減小巷道圍巖破壞范圍，阻隔深部巖體高地應力的傳播，確保巷道圍巖的穩定性。

3.2 “雙殼”支護機理

南二行人下山上段為巖巷，采用錨網索支護方式，由于頂板為復合頂板，巷道支護效果不佳，為了提高支護效果，采取注漿加固對圍巖進行“改性”。通過淺孔注漿初步形成帷幕（第一道殼），起到防滲透及初步固結的作用，深孔注漿進一步加固，同時使破碎巖石完全膠結在一起（第二道殼），更好地承載礦山壓力。

通過對巷道圍巖進行注漿，利用漿液膠結破碎松軟巖層，填充松散巖層和空曠處，在其外圍形成完整的注漿帷幕帶和圍巖一起共同承載礦山壓力，阻止巷道周圍來壓造成的巷道變形。

與以往注漿設計方案相比，省去噴漿封閉巷道，利用“雙殼”理論中的第一道殼（即淺孔注漿）固結、封堵巷道圍巖裂隙，形成封閉的注漿空間。

4 “雙殼”支護設計及圍巖控制效果分析

4.1 “雙殼”支護設計

通過淺孔注漿初步形成一道殼，起到防滲透及初步固結的作用，淺孔注漿巷道長度100m，鉆孔排距4m，共計25排，每個斷面8個孔，孔深4m，使用JD-WJF-4型加固材料，淺孔布置斷面圖如圖2所示。

深孔注漿進一步加固，同時使破碎巖石完全膠結在一起，形成第二道殼，深孔注漿巷道長度100m，鉆孔排距4m，共計24排，每個斷面8個孔，孔深6m，注漿壓力6-10Mpa，水灰比按0.3-0.45∶1進行，使用JD-WJF-1型加固材料，深孔布置斷面圖以及淺孔、深孔布置平面示意圖如圖3、圖4所示。

淺孔使用JD-WJF-4型加固材料，具有良好的抗水性、凝結時間較快、高抗壓性等優點，深孔使用JD-WJF-1型加固材料，具有良好耐壓、凝結時間較快、高抗壓性等優點。

4.2圍巖控制效果分析

在巷道內布置JSS30A數顯收斂計監測巷道圍巖的變形，并根據所測數據的平均值繪制圍巖變形量曲線圖，如圖5、圖6所示。

由圖5、圖6可以看出，采用淺孔支護方案后巷道兩幫變形量較大，并不能有效控制巷道兩幫的變形量及巷道頂板的下沉量，當深孔支護方案實施后，巷道兩幫的最大變形量減少了14.6mm，巷道頂板沉降量最大減少了12.3mm，采用“雙殼”支護方式后巷道圍巖變形得到了有效控制，說明該支護系統在深部軟巖巷道中充分發揮了加固圍巖的作用，有效地控制了軟巖巷道圍巖的變形。

5 結語

以萬年礦南二行人下山上段為工程背景，對深部軟巖巷道支護技術展開研究，主要得到如下結論：

對深部軟巖巷道支護提出了孔深4m注漿初步形成帷幕以及孔深6m注漿使破碎巖石膠結在一起的“雙殼”支護技術，可有效控制巷道圍巖的變形。

采用“雙殼”支護技術后，巷道兩幫的最大變形量減少了14.6mm，巷道頂板沉降量最大減少了12.3mm，說明該技術可滿足深部軟巖巷道支護的要求，支護效果良好，驗證了方案的合理性。

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