國陽二礦470水平南翼大巷修復與加固技術研究

姚建新

（陽泉煤業集團國陽二礦，山西 陽泉 045008）

國陽二礦470水平南翼大巷修復與加固技術研究

姚建新

（陽泉煤業集團國陽二礦，山西 陽泉 045008）

針對國陽二礦470水平南翼巷道嚴重收縮變形破壞、不能滿足正常使用要求的情況；采用了錨注和U型鋼可縮性金屬支架聯合支護，關鍵部位錨桿（索）加強支護形式，對大巷進行了加固支護；解決了二礦局部巷道屢壞屢修，影響輔助運輸能力正常發揮、制約采掘生產的局面，實際應用效果良好。

巷道修復；注漿加固；國陽二礦

1 巷道基本概況

國陽二礦470水平南翼大巷五采車場段地表，位于虎頭梁溝東南一帶山嶺之中，地面標高965 m～1100m。大巷東部為五采區，西部為七采區。上距560水平一南翼大巷93 m。總體為一向斜構造，其上發育次一級的褶曲構造。地層傾角3°～ 12°，平均為5°。斷裂構造不發育。巷道揭露15號煤層，平均厚度6.7 m，普通含兩層夾石（八寸石和驢石）。煤層直接頂為黑色泥巖，老頂為砂質泥巖。巷道最初支護形式采用錨桿、砌碹聯合支護，巷道凈寬4.2 m，凈高3.5 m。由于巷道壓力顯現嚴重，在450 m～600 m處，距五采下料車場口往里約180 m巷道，碹體巷道嚴重收縮變形破壞，不能滿足正常使用要求。1995年已采用29U型棚進行了一次整修加固；但近幾年來又損壞嚴重，雖然已采用錨索網支護對巷道進行補強加強支護，但到2006年該段巷道U型棚支護段約50%的棚腿受壓彎曲，巷道兩幫收縮嚴重，巷道凈寬縮為3.2 m～3.9 m，已不能滿足雙軌運輸要求，現變為單軌運輸，運輸距離長達500m。按礦的銜接安排，2007年9月份80914高效工作面投入生產，由于該段巷道是390水平輔助水平的運輸主干線，現單軌運輸肯定不能滿足400萬t/a生產需要。

采用傳統巷修技術擴巷整修，如果離層、松動巖體大面積冒落，390水平現有隊組生產運輸能力將無法保證，而且該巷道也有報廢、無法整修的危險；將直接影響到80914高效工作面的投產，成為制約二礦年度生產任務完成的最大瓶頸。因此，研究和解決這類巷道的修復、支護、加固方法問題，勢在必行，且很重要。

2 巷道變形破壞特點和破壞原因分析

2.1 巷道的變形和破壞特點

通過對國陽二礦470水平南翼大巷五采車場段的現場實際考察，發現巷道的變形和破壞具有以下特點：（1）對于原錨桿、砌碹聯合支護形式，靜壓下巷道能保持基本穩定；但在動壓下即使采用可縮U型鋼和錨索等加強支護，巷道也不能保持穩定，發生嚴重變形破壞。（2）巷道變形破壞后，修復時仍以U型鋼支架為主進行支護，支架后背坑木或鋼筋混凝土背板，支架后存在較嚴重的空頂和空幫現象，支架受力性能較差，相對地降低了巷道支護結構的承載能力，影響了巷道的整體穩定性。靜壓下巷道能在一定時間內保持基本穩定，但后期也產生一定的變形，在動壓下則發生嚴重的變形破壞，從而造成支架出現嚴重的偏轉、折曲、扭曲、內擠及下插底板、形成尖頂等各種變形破壞方式，巷道表現出較嚴重的斷面收縮。因此，修復后的支護結構仍不能保持巷道的穩定。（3）其主要破壞形式為兩幫內擠，特別是底角內擠量極大，從而形成尖頂形式，使支架嚴重扭曲，且底鼓嚴重，局部頂板下沉量較大，造成支護結構的全面破壞。（4）變形破壞后的巷道圍巖，其主要特征是軟弱、松散、破碎，使得圍巖的力學特性顯著降低和弱化，承載能力極低；修復巷道時，圍巖極其破碎，易發生冒頂和片幫，支架后大量存在空頂和空幫現象，從而無法實施有效的主動支護等加強支護手段，加劇了巷道后期的變形破壞。

2.2 巷道變形和破壞原因分析

巷道發生嚴重變形和破壞的原因主要包括巖性、圍巖裂隙發育（碎脹壓力）、地應力與構造應力、支護結構等幾個方面綜合作用的結果。（1）圍巖呈顯著的高應力軟巖特征：該巷道使用過程中發現，圍巖自穩性差，極易冒頂和底鼓，而底鼓使兩幫及頂板位移量加劇，松動范圍擴大，持續時間長，使支護結構失穩；（2）構造和采動應力大：從開拓系統圖中看出，該大巷處于構造復雜地帶，并受560水平巷道和采區開采影響，構造應力、采動重新分布應力、重力場疊加，使得作用在結構上的載荷增大，當結構承受不了該載荷時，必然產生變形，逐漸造成巷道支護結構的破壞。（3）支護方式與圍巖條件不適應：U型鋼棚是一種被動支護，圍巖強度得不到提高，對松軟巖層，圍巖自身承載能力低，在高圍巖壓力下，支架變形收縮，松動圈進一步擴大，使支架和圍巖處于失穩狀態。（4）碎脹壓力大：該巷頂板為泥巖和砂質泥巖，并穿15號煤層，在強大構造和上覆巖層壓力下，軟弱面巖石被擠壓突出，造成支護結構的嚴重失穩，圍巖嚴重變形、破壞，產生巨大的碎脹壓力。

3 巷道修復和加固技術方案

3.1 巷道支護原則的確定

目前巷道支護中，可選擇的主要支護方式有金屬支架支護、錨噴支護、預應力錨索支護、注漿加固及各種型式的聯合支護等。金屬支架支護，存在施工機械化程度低，速度慢，工人勞動強度大，且屬于被動支護，承載能力相對偏低，因此不宜單獨采用；而錨噴支護對于新掘巷道來說，只要能夠實施錨桿支護，并采取合理的支護參數和施工工藝，其支護效果較其它方式要優越；但對于多次修復巷道來說，由于圍巖松動范圍極大，無法實施錨桿支護，或無法保證錨桿的錨固力，形不成有效的支護結構，不能控制深部圍巖的碎脹變形，因此也不宜單獨使用；預應力錨索支護承載能力高，在不穩定地層的巷道及硐室支護中獲得了較好的效果，但施工速度較慢，支護成本相對較高，適合作為一種加（補）強支護措施；錨注支護是一種可靠有效的后加固手段，與其它各種支護方式相結合，已取得較好支護效果。因此，對于陽泉二礦470水平南翼大巷五采車場段巷道來說，只有采用合理的聯合支護方式，才能保證巷道支護結構的長期穩定。

3.2 巷道支護與加固技術方案

根據支護與圍巖相互作用的研究成果，支護強度是控制巷道圍巖劇烈變形的關鍵因素，對于國陽二礦的高應力碎裂圍巖巷道，僅僅依靠相當支架本身的支護能力，很難控制巷道的劇烈變形，必須充分發揮巷道圍巖自身的承載能力，才能保證巷道在靜動壓下的穩定。針對二礦南大巷已發生較大變形，圍巖松動范圍較大的特點，一方面要刷大巷道斷面，及時實施初次支護，以滿足使用要求，另一方面要防止松動的圍巖在施工中出現較大范圍的冒頂和片幫。然后采用有效的措施提高圍巖的整體性和自承載能力，以便有利于進一步實施可靠有效的主動支護，并加強巷道底角支護，用以實現控制巷道底鼓的目的。因此，借鑒其他煤礦的成功經驗，技術方案采用：“錨注和U型鋼可縮性金屬支架聯合支護以及關鍵部位錨桿（索）加強支護形式”。

圖1 U型鋼與噴網支護及錨注加固結構示意圖

以內注漿錨桿為核心所形成的錨注聯合支護體系，其實質是采用注漿錨桿兼作注漿管使用，一方面通過注漿改變巖體的力學性能，另一方面為錨桿提供了有力的著力基礎，提高了錨桿的支護效果；注漿不僅可使松散圍巖膠結成整體，而且使原端錨錨桿變成全長錨固，成倍提高圍巖巖體自身的承載能力，真正變被動支護為有效的主動支護；已有的工程實踐證明，采用這一技術路線解決不穩定巷道的支護問題是正確的。

由于巷道已發生較大變形，圍巖松動范圍較大。因此，所用支護方式包括：可縮性U型鋼支架與噴網支護、壁后充填注漿、關鍵部位錨桿（索）與注漿加固等。其修復、支護、加固方案主要包括：（1）巷道斷面的刷大和U型鋼支架與噴網初次支護。（2）U型鋼支架與噴網支護壁后充填注漿。（3）巷道全斷面注漿加固。（4）巷道關鍵部位和底板加強支護。修復后巷道采用的U型鋼與噴網支護、錨注加固結構，見圖1。

4 巷道支護與加固的使用效益

項目的實施，從根本上解決了局部巷道屢壞屢修，影響輔助運輸能力正常發揮、制約采掘生產的局面。如果該段巷道不返修或整修不成功，需重新掘巷500m替代該段巷道，掘巷成本需450萬元，且重新掘巷需近9個月的時間，勢必影響80914高效工作面的投產；80914高效工作面儲量近300萬t，按日生產原煤8000 t計，如果耽誤幾十天，經濟損失將達幾千萬元。

通過本項目，確保了礦井的正常生產、通風、運輸；采用的方案減少返修工作量、節約維護費用，大大減輕了工人勞動強度；通過巷道支護機理與技術的研究，解決了陽泉及其它礦區相似巷道支護難題，對促進巷道支護技術水平的提高，直接改善礦井生產和安全條件，具有重要意義。

Research on Restoring and Reinforcement Technology of No.470 Horizontal Southside Roadway in No.2Guoyang Mine

YAO Jian-xin
(Guoyang No.2 Mine,Yangquan Coal Group,Yangquan Shanxi045000)

For the contraction deformation and failure of No.470 horizontal southside roadway,a united support with grouting and U-shaped yieldable steel frame is adopted.Anchors or cables are used to reinforce the support in key parts.The technology solves problems and has good results in practice.

roadway restoring;grouting reinforcement;No.2 Guoyang Mine

TD265.4

A

1672-5050（2011）03-0060-03

2010-10-12

姚建新（1963—），男，河北涿州人，副礦長，工程師，從事煤礦生產技術及管理工作。

劉新光