深部開采軟巖巷道支護技術研究

馮日升

（汾西礦業集團晉汾新天綜合服務公司， 山西 孝義 032300）

0 引言

近幾年，隨著礦井開采深度增加，煤炭開采回采時受地質構造、地應力以及圍巖巖性等影響更趨顯著，對巷道圍巖控制提出更高要求。深部開采時軟巖巷道在地應力、圍巖承載能力差以及支護強度不足等因素影響下會出現顯著變形，同時支護難度相對較大[1-3]。為實現深部開采軟巖巷道圍巖有效控制，眾多的學者及工程技術人員展開研究，其中康紅普等[4]針對山東深部開采礦井軟巖巷道圍巖變形特征，提出通過錨注技術支護圍巖，現場應用后實現了軟巖巷道變形控制；余偉健等[5]對高應力軟巖巷道圍巖變形特征進行分析，提出綜合錨桿索、底板錨索、注漿、金屬網等手段控制圍巖變形；謝生榮等[6]認為通過錨噴注技術可強化深部軟巖巷道承載拱承載能力，有效控制巷道圍巖變形。上述研究成果為深部開采軟巖巷道圍巖支護工作開展提供了寶貴經驗借鑒。

以山西某礦11302 綜采工作面底抽巷圍巖支護為背景，針對圍巖變形量大、支護困難等問題，提出采用全斷面錨索支護技術控制圍巖變形，并進行了現場應用。

1 11302 工作面概況

11302 綜采工作面回采的13 號煤層埋深超過680 m，煤層具有突出危險性，厚度5.7～6.2 m、傾角5°，為實現11302 綜采工作面回采巷道安全掘進以及煤炭安全回采，提出在13 號煤層底板中掘進底抽巷進行區域瓦斯治理。根據現場條件將底抽巷布置在13 號煤層底板L9 灰巖附近，底抽巷掘進區域為穩定層位，地質構造較為簡單，具體掘進區域內地層結構如圖1 所示。

圖1 掘進區域內地層結構

11302 底抽巷埋深超過700 m，設計掘進進尺2 539 m，巷道原設計斷面為直墻半圓拱型，采用初噴（厚度50 mm）、錨網索+鋼棚（U36 工字鋼）+復噴（厚度100 mm）進行支護，具體巷道支護斷面如圖2所示。巷道支護后對圍巖變形進行監測，發現支護完成7 d 內圍巖變形速率均值在12～15 mm/d，最大變形速率超過100 mm/d；支護完成3 個月內，巷道頂底板、巷幫最大收斂量分別可達到1.3 m、0.9 m，圍巖變形量較大，無法滿足后續使用需要。

圖2 底抽巷原支護斷面圖（單位：mm）

2 深部軟巖巷道圍巖控制技術

2.1 11302 底抽巷圍巖變形分析

11302 底抽巷底板及巷幫均為砂質泥巖、泥巖，巖體內部裂隙發育且承載能力較差，遇水后容易膨脹變形；同時11302 底抽巷埋深超過700 m，圍巖受到較大的地應力作用容易出現變形。11302 底抽巷圍巖變形特征宏觀上表現為底鼓、巷幫收斂。結合現場條件及圍巖變形特征，分析導致巷道圍巖變形較大的主要原因為：巷道圍巖在掘進擾動作用下容易破壞，圍巖塑性破壞區內支護強度不足；現采用的支護措施僅強化圍巖表面支護強度，未對底板及巷幫等注漿，無法對塑性破壞區進行改造以及增強圍巖承載能力。

2.2 圍巖支護技術

依據相關研究成果，提出的深部軟巖巷道圍巖支護思路為：通過增強承載單元強度、圍巖內摩擦角及黏聚力等，減少巷道圍巖變形量。為降低巷道掘進工程量并為支護措施實施創造良好條件，將巷道斷面由直墻半圓拱型優化成矩形（巷寬、巷高分別為5 800 mm、4 550 mm），現場采用的支護措施包括有：全錨索支護、錨索注漿、底板加固等。圍巖支護方案為初噴（厚度50 mm）+錨網索支護+復噴（厚度100 mm）+補強錨網索支護+注漿加固，具體圍巖支護參數為：

1）在巷道掘進后及時進行初噴，噴射厚度50 mm、強度C25 混凝土，進行初噴后在頂板、巷幫位置施工段錨索。頂板、巷幫錨索規格均為Φ21.6mm×3250mm，間排距均為800 mm、800 mm，錨索施加預緊力在350 kN 以上。

2）在初噴、頂板及巷幫錨索施工完成后，復噴厚度100 mm、C25 混凝土，并在頂底板施工注漿錨索進行注漿，巷幫用金屬焊管進行注漿。

3）頂底板注漿采用的注漿錨索規格均為Φ22 mm×6 250 mm，頂板注漿錨索間排距為1 600 mm、1 600 mm，底板注漿錨索間排距為1 300 mm、1 600 mm，注漿前注漿錨索施加100 kN 預緊力，注漿完成后再進進行緊固，施加預緊力在350 kN 以上。巷幫注漿采用淺孔、深孔交替方式（一排淺孔、一排深孔），淺孔、深孔孔深分別為2 500 mm、4 000 mm，選用的注漿管規格均為Φ25 mm×2 000 mm 金屬焊管，注漿孔間排距為1 600 mm、1 600 mm。

4）巷道全斷面注漿漿液選用單液水泥漿，水、水泥質量配比為1∶（0.6～0.8），選用水泥為型號P·O42.5普通硅酸鹽水泥，鉆孔注漿壓力控制在3 MPa 以上，具體11302 底抽巷圍巖支護斷面如圖3 所示。

圖3 底抽巷全斷面錨索支護斷面圖（單位：mm）

3 現場工業應用效果分析

采用“十”字觀測法監測11302 底抽巷圍巖變形情，結果如圖4 所示。巷道支護完成后頂底板及巷幫收斂量均有明顯增加，但是支護時間不斷增加，巷道圍巖收斂速度逐漸降低最后趨于0；在巷道圍巖變形基本穩定后頂板、底板及巷幫收斂量穩定在110 mm、200 mm、190 mm，圍巖變形量整體較小，可為后續瓦斯抽采鉆孔施工及巷道內行人、運輸、掘進等工作創造良好條件。

圖4 圍巖變形監測結果

底抽巷掘進采用EBZ318（H）綜掘機，配合全錨索、全斷面注漿加固方案后，巷道圍巖變形量整體較小，后續基本不需要維護；與前期施工相比，巷道掘進進尺可達到215 m/月，實現了安全高效掘進。

4 結論

1）對11302 底抽巷原支護方案下圍巖變形情況進行分析，提出采用全錨索、全斷面注漿以及高預緊力方式對圍巖進行支護。

2）現場應用后，11302 底抽巷頂板、底板及巷幫圍巖收斂量分別控制在110 mm、200 mm、190 mm 以內，后續使用期間基本不需要修整；采用的支護方案可滿足底抽巷內瓦斯抽采鉆孔施工、行人及后續巷道掘進等施工需要。