高地應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)技術(shù)

文/孫慶恩

淮北礦業(yè)集團(tuán)朱仙莊煤礦進(jìn)入二水平以來，巷道受壓變形嚴(yán)重，巷道失修表現(xiàn)為經(jīng)常性改棚，臥底、巷道斷面縮小、不能滿足安全行車需要，風(fēng)管、水管、電纜等吊掛困難，給“一通三防”、采掘頂板、巷道維修和機(jī)電運(yùn)輸管理均造成極大困難，難以滿足安全生產(chǎn)要求，已成為制約礦井生產(chǎn)準(zhǔn)備及安全生產(chǎn)的主要因素之一，為此需探索高地應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)技術(shù)。

一、實(shí)驗(yàn)巷道基本情況

二水平軌道大巷凈寬×凈高=4.7×4.1m，掘進(jìn)斷面18.8m2，凈斷面17.1m2，由南向北 8.5‰下坡，標(biāo)高為-679.294m⊥～-687.155m⊥，巷道總工程量897m，該工程主要為后期二水平和三水平輔助運(yùn)輸服務(wù)。巷道圍巖為泥巖、砂泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖等，巷道局部地段過斷層。

二、巷道維護(hù)特點(diǎn)

1.所穿巖層層位多，巖層變化頻繁，巖體強(qiáng)度低，裂隙較發(fā)育，完整性不好，總體穩(wěn)定性差。

2.埋深大，地應(yīng)力大，且部分地段后期將受到采動(dòng)影響。

3.該大巷是為二水平和三水平服務(wù)的主要巷道，服務(wù)年限較長，對變形控制要求高。

4.由于巷道跨度、高度大，施工控頂難度大，打眼等工序操作相對困難，對施工隊(duì)伍的操作水平、施工質(zhì)量和現(xiàn)場的管理水平等要求相應(yīng)較高。

三、支護(hù)選型原則及理論

1.直接作用于周邊淺部圍巖，針對破壞特點(diǎn)、強(qiáng)度弱化的原因及時(shí)有效地采取加固措施。

2.在巷道圍巖的變形過程中維護(hù)，在不同階段分別采取“護(hù)、讓、支、限”的技術(shù)，以適應(yīng)圍巖的變形特征，并最大限度地利用圍巖的自承能力，實(shí)現(xiàn)圍巖穩(wěn)定。

3.主動(dòng)加固并直接改善圍巖破裂體力學(xué)性能，以最大限度地提高圍巖的承載能力，促使圍巖形成整體結(jié)構(gòu)。

4.由于構(gòu)造應(yīng)力的方向性、巖體賦存的不均勻性和分層性，巷道周圍會出現(xiàn)一些薄弱部位，應(yīng)及時(shí)采取主動(dòng)支護(hù)手段，有效地強(qiáng)化這些關(guān)鍵部位。

該工程支護(hù)設(shè)計(jì)以礦大支護(hù)設(shè)計(jì)為依據(jù)，即以動(dòng)態(tài)分步加固、過程控制的軟巖巷道綜合控制思想，結(jié)合巷道難維護(hù)的特點(diǎn)、支護(hù)選型原則，支護(hù)方案采用分段支護(hù)的思想，因地制宜，以錨網(wǎng)索噴主動(dòng)支護(hù)為主，多種支護(hù)方式并用，既保證巷道支護(hù)的穩(wěn)定可靠，又兼顧經(jīng)濟(jì)合理適應(yīng)快速掘進(jìn)的需要。

四、具體支護(hù)形式及支護(hù)參數(shù)

根據(jù)巷道圍巖賦存情況，將二水平軌道大巷圍巖穩(wěn)定性分為三種區(qū)域，分別采取不同的支護(hù)形式，支護(hù)形式及參數(shù)設(shè)計(jì)方法為工程類比結(jié)合經(jīng)驗(yàn)的綜合設(shè)計(jì)法。

1.圍巖完整，穩(wěn)定性高區(qū)域，采用錨網(wǎng)噴＋錨索＋注漿支護(hù)。支護(hù)參數(shù)如下：

（1）采用GM22/2800-490高強(qiáng)左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿配套托盤采用TPF-200×200/10mm托盤，錨桿采用矩形布置，間排距為700×700mm；每根錨桿采用2卷樹脂藥卷錨固，螺母扭矩≥300Nm，初錨力≥80KN。

（2）鋼筋網(wǎng)采用Ф6mm冷拔電弧焊鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)孔為100×100mm，鋼筋網(wǎng)搭接100mm，鋼筋網(wǎng)搭接處均用10#鐵絲連接，間距200mm。

（3）錨索規(guī)格為YMS17.8/5.3-1860鋼絞線，間排距為1600×1600mm，每根錨索使用1卷K2550和2卷Z2550樹脂藥卷錨固,錨固強(qiáng)度≥120KN。錨索托盤采用 1塊 TPF-200×200/10mm托盤配合 1塊 TPF-400×400mm/10mm大托盤組合使用，以加強(qiáng)支護(hù)。

（4）潮式拌料噴漿，水泥∶黃沙∶石子∶速凝劑=1∶2∶2∶0.04，水泥 P.S 32.5 級，中粗黃砂，碎石為 φ5～15mm，J85型速凝劑，噴厚150mm，強(qiáng)度C20。

適時(shí)注漿加固。幫、頂注漿錨桿規(guī)格φ20×2000mm（利用鋼管加工），全斷面矩形布置，間、排距2000×2000mm。底板采用φ25mm×2000mm左旋全螺紋中空注漿錨桿，間、排距 1400×1600mm。

注漿一般滯后迎頭小于100m，注漿要求如下：采用水泥漿，注漿水灰比為1∶1，注漿壓力1～2Mpa。封孔采用快速水泥卷，封孔長度500mm，注漿壓力和水灰比根據(jù)實(shí)際注漿情況實(shí)時(shí)調(diào)整。注漿順序由低向高，先底后巷道兩幫對稱向頂部逐孔注漿，注漿量以不大量跑漿為準(zhǔn)。對注漿孔進(jìn)行編號，施工隊(duì)負(fù)責(zé)記錄每個(gè)孔各項(xiàng)注漿參數(shù)。注后及時(shí)打探測孔觀察，對注漿效果進(jìn)行檢驗(yàn)以確定是否進(jìn)行復(fù)注，并根據(jù)現(xiàn)場注漿情況及時(shí)調(diào)整布置及注漿參數(shù)。

2.圍巖穩(wěn)定程度中等區(qū)域，采用錨網(wǎng)噴＋錨索＋注漿支護(hù)。此支護(hù)形式分兩次支護(hù)，支護(hù)參數(shù)如下：

（1）一次支護(hù)：錨網(wǎng)+頂錨索+噴砼。采用GM22/2400-490高強(qiáng)左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿采用矩形布置，間排距為800×800mm，其他參數(shù)同上。一次支護(hù)后及時(shí)設(shè)觀測點(diǎn)觀測巷道受力變形情況，為二次支護(hù)提供依據(jù)。

（2）二次支護(hù)：采用錨桿+滯后幫錨索，滯后一次支護(hù)步距40～80m。采用GM22/2800-490高強(qiáng)左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，二次支護(hù)錨桿穿插于一次支護(hù)錨桿中間，呈五花矩形布置，間排距為800×800mm；每根錨桿采用2卷樹脂藥卷錨固，螺母扭矩≥300Nm，初錨力≥80kN；滯后幫錨索規(guī)格為YMS17.8/6.3-1860鋼絞線,幫錨索滯后于二次錨桿20～40m，與一次支護(hù)頂錨索形成全斷面矩形布置，間排距為1600×1600mm，幫底錨索仰角取5°，距底板不大于500mm，錨索安裝要求同上。二次支護(hù)后設(shè)觀測點(diǎn)觀測巷道受力變形情況，為適時(shí)注漿提供依據(jù)。

3.圍巖穩(wěn)定性較差，不具備可錨性區(qū)域，如過斷層破碎帶，裂隙發(fā)育區(qū)域，巷道有淋水等采用錨噴＋全封閉29U型棚+滯后注漿支護(hù)。

超前頂板預(yù)注漿固頂參數(shù)如下：鉆孔深3000mm，φ42mm，采用長度2600mm、4分鋼管制的注漿錨桿加固，鋼管底端砸成扁狀，鋼管底端1.0m長度內(nèi)錯(cuò)開鉆孔，孔徑由大逐漸變小，前端孔φ8mm，后端孔φ4mm，采用空心速凝水泥卷封孔，封孔深度為1.6m；角度前傾呈40°。注漿液選用馬麗散或其他化學(xué)漿。

放炮后找頂、初噴50mm，支護(hù)錨桿間、排距800×1000mm，錨桿其他支護(hù)參數(shù)同上。架全封閉29U型棚支護(hù)，棚距500mm,棚子搭接長度500mm,每處搭接用特制鐵板拉鉤聯(lián)接，每處搭接用兩副限位卡纜和一副雙槽型普通卡纜緊固，卡纜螺母扭矩不小于300Nm，頂、幫采用φ10mm鋼筋笆腰背，底板以下采用φ10mm鋼筋笆和鐵背板腰背，噴射混凝土標(biāo)號為C20，噴厚150mm。滯后注漿，幫、頂注漿錨桿采用φ20×2000mm鋼管加工，間排距2000×2000mm，底板采用φ25×2000mm中空左螺旋自注式錨桿，間排距2000×2000mm。注漿一般滯后迎頭≯100m，注漿要求同上。

五、結(jié)論

經(jīng)過對二水平軌道大巷設(shè)點(diǎn)觀測，一年來巷道變形量在5%以內(nèi)，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，能滿足通風(fēng)、輔助運(yùn)輸需要。

通過該巷道支護(hù)實(shí)驗(yàn)，為二水平巷道優(yōu)化支護(hù)提供可靠依據(jù)，軟巖巷道應(yīng)根據(jù)圍巖的穩(wěn)定性、力學(xué)性質(zhì)分類確定相應(yīng)的支護(hù)方式及參數(shù)。同時(shí)圍巖變化是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，要通過圍巖監(jiān)測，及時(shí)采取有效的補(bǔ)強(qiáng)加固措施。這樣既保證巷道支護(hù)的穩(wěn)定可靠，又兼顧經(jīng)濟(jì)合理適應(yīng)快速掘進(jìn)的需要。