構(gòu)造帶內(nèi)巷道群破壞機理及支護技術(shù)研究

文/張金常

一、概況

平煤十一礦丁六采區(qū)回風(fēng)石門位于-593m水平，平行-593m運輸石門布置，全長400m。該巷道穿過有一個落差24m、傾角30°的逆斷層，斷層破壞帶寬度約100m，斷層帶圍巖破碎，且水平構(gòu)造應(yīng)力較大。原支護為錨噴支護，北與丁六回風(fēng)下山相連，南與丁六回風(fēng)上山相連。巷道原形狀為直墻半圓拱形，下寬4.4m，墻高1.5m，拱高2.2m，整個巷道中高為3.7m，凈斷面積12.8m2。

回風(fēng)石門自掘進以來，就出現(xiàn)劇烈變形和破壞，目前已經(jīng)多次返修。經(jīng)實測，巷道變形情況為：巷寬由原來的4.4m變?yōu)楝F(xiàn)在的2.5～3.0m，高度由原來的3.7m變?yōu)楝F(xiàn)在的1.8～2.4m，巷道頂幫變形嚴重，只能維持礦車通過。雖經(jīng)多次翻修也無法保證該回風(fēng)石門的正常使用。

二、深井軟巖巷道變形破壞機理及支護修復(fù)技術(shù)

1.深井軟巖巷道變形破壞機理及支護技術(shù)

目前，在破壞巖體中修復(fù)巷道及在深部軟巖高地壓巷道圍巖控制理論和技術(shù)方面主要有如下幾種技術(shù)及最新研究進展：U型鋼可縮支架結(jié)合壁后充填技術(shù)；錨注修復(fù)加固技術(shù)；錨架聯(lián)合修復(fù)加固技術(shù)；錨筒修復(fù)破碎巖體巷道新技術(shù)。

2.注漿加固時機和組合方式的分析

在軟巖動壓巷道注漿加固對巖性有明顯的改善作用，通常有兩種方式：在錨桿支護、金屬支架或其他支護的基礎(chǔ)上，單獨鉆孔注漿加固；將注漿和錨桿統(tǒng)一起來的錨注一體化支護技術(shù)。

實踐和理論都表明錨注聯(lián)合支護技術(shù)具有較大的優(yōu)越性，是支護技術(shù)的發(fā)展方向之一。近年，錨注支護相結(jié)合的方式在修復(fù)巷道中應(yīng)用較普遍。但需要注意的是：

（1）巷道周邊淺部圍巖(一般小于1.5m)破壞嚴重，相對變形量大，應(yīng)在保持自穩(wěn)能力或不松動情況下允許其充分變形，是有效注漿加固的主要區(qū)域，錨桿錨固點選在此區(qū)可靠性相對較差，易隨巷道變形而破壞，錨固力較低。

（2）巷道圍巖深部范圍(1.5～2.5m)破壞程度衰減較快，裂隙張開度較小，可注性差，錨桿端頭錨固區(qū)選擇在此區(qū)比較可靠，能夠保證并維持錨固力。

錨桿支護一般要求及時，而只有巷道圍巖經(jīng)歷一段變形后，注漿固結(jié)區(qū)才能形成，才具備注漿的條件。

三、支護步驟及支護參數(shù)

此次巷道支護的順序是先采用錨索進行全斷面支護，再用U29進行架棚支護，最后進行注水泥漿加固圍巖。

（4）作業(yè)環(huán)節(jié)的數(shù)字化。如對測斜井深、短起下井深、短起下井段等施工環(huán)節(jié)進行數(shù)字化規(guī)范，以數(shù)字化的作業(yè)環(huán)節(jié)保證井身質(zhì)量、施工質(zhì)量。

1.全斷面錨索支護參數(shù)

（1）初噴。刷大斷面達到設(shè)計要求，凈寬5.0m控制施工。墻高1.5m，拱高2.5m，巷道中高4.0m，凈斷面17.3m2。敲幫問頂后即進行噴漿，噴漿前處理活矸，及時噴射混凝土封閉圍巖，水泥采用硫鋁酸鹽快硬水泥，水灰比0.42，噴漿前必須清洗巖面，噴層厚度 50～70mm。

（2）頂幫錨索。從頂板正中位置開始依次向兩側(cè)布置全斷面錨索支護，鋼絞線規(guī)格為Φ17.8×4.5m，眼深4.2m，錨索間排距為750×700mm，網(wǎng)片采用Φ6鋼筋焊接而成的鋼笆網(wǎng)，網(wǎng)孔尺寸50×150mm，錨索托盤300×300mm的方球形托盤，每孔采用三支Z2380樹脂藥卷加長錨固，以保證錨固效果。錨索預(yù)緊力80KN，錨固力不低于200KN。錨索垂直巖面施工安裝，巷幫最下面兩根斜向下30°施工鉆眼安裝。現(xiàn)場實施時根據(jù)巷道破壞位置和方向在東部巷幫位置施工Φ17.8×6.3m甚至更長的錨索來加強支護。

（3）底板長錨索控底。首先將底板清底300mm，在底板施工安裝四個長錨索，鋼絞線規(guī)格為Φ17.8×6.3m，眼深6.0m，錨索距幫500mm，間距1.3m均勻布置，中間兩根錨索垂直底板施工安裝，靠幫附近兩根錨索斜帶30°施工安裝。控底長錨索與頂幫錨索同步施工安裝，錨固要求不變。

2.U29鋼棚支護參數(shù)

（1）滯后錨索支護20m左右，在全錨索支護基礎(chǔ)上架設(shè)U29鋼棚，棚距700mm，架設(shè)在兩排錨索之間，并及時采用煤矸袋進行壁后充填密實，U棚棚腿下面要加鋼墊板，防止U棚棚腿鉆底下陷。

（2）U29鋼棚梁腿聯(lián)結(jié)處分別采用2副雙槽夾板緊固連接，氣扳機安裝，螺栓緊固扭矩不小于300N·m。

3.注漿支護參數(shù)

（1）U29鋼棚架設(shè)巷段 10～20m，集中進行注漿工作。

（2）噴漿。水泥采用硫鋁酸鹽快硬水泥，水灰比為0.42，噴層厚度為100～150mm，并將U棚噴蓋嚴實避免跑漿漏漿。

（3）注漿。標號525的硫鋁酸鹽快硬水泥，水灰比為0.85～1.0，注漿壓力、滲透范圍和注漿量應(yīng)根據(jù)注漿實際情況進行確定，但必須采取低壓注漿，而且滯后注漿鉆孔的布置可根據(jù)巖層傾角和裂隙非對稱布置。注漿量要飽滿充實，并不發(fā)生跑漿漏漿為宜。

（4）注漿錨桿長度2500mm，4分鋼管制成，鋼管1m長度后十字錯開鉆孔，孔徑由大逐漸變小，前端孔徑Φ8mm，后端孔徑Φ4mm；采用空心水泥卷或樹脂藥卷封孔，封孔深度為1.0m。注漿最大壓力為2.5MPa。

（5）注漿孔布置。采用風(fēng)錘進行鉆孔或直接采用自攻式錨桿，每斷面7孔布置，排距1400mm；鉆頭直徑42mm，孔深2.6m。

（6）頂板松散破碎易冒難以施工錨索時，先進行必要的超前注漿。

四、工業(yè)性試驗

現(xiàn)場工業(yè)性試驗施工6個多月，基本完成整體工程；后續(xù)對底板拉底處理并注漿，總體試驗巷道成巷125m。

現(xiàn)場施工中，按20m分時段：先用全斷面長錨索主動控制圍巖，接著采用U29鋼棚可縮支護，再采用快硬水泥滯后注漿，三個地段平行作業(yè)。采取這種錨架注聯(lián)合支護方式，分階段動態(tài)加固，有力控制了斷層帶地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力引起的圍巖破碎和巷道變形。巷道修復(fù)一年后，巷道頂板下沉量和兩幫移近量：頂板最大下沉量為324mm，兩幫最大移近量接近354mm，整體支護效果良好。

五、結(jié)論

1.采用錨架注“三階段”強化支護動態(tài)加固技術(shù)，實現(xiàn)了對松散破碎圍巖巷道的動態(tài)加固循環(huán)支護，動態(tài)補充破碎圍巖強度，可以形成松散破碎圍巖的厚層承載殼，以維護巷道的長期穩(wěn)定性。

2.所采取的支護方案和具體參數(shù)，技術(shù)上可行，安全上可靠，達到了預(yù)期支護效果，維護了巷道穩(wěn)定性，保證了回風(fēng)石門的安全暢通。巷道修復(fù)一年后，頂板最大下沉量為324mm，兩幫最大移近量接近354mm。

3.修復(fù)工藝分階段實施，各工藝工序分步驟進行，分別成巷，互不影響，在人員調(diào)配合理組織協(xié)調(diào)的情況下可以保證施工進度。