潘一東深井軟巖巷道修復技術研究

摘要：針對潘一礦東區環形車場失修嚴重的問題，在現場觀測的基礎上，分析其破壞特征及其原因，提出采用錨網索和架棚分步聯合支護技術進行巷道修復。工程實踐表明，該套巷道修復技術有效地控制了巷道圍巖的變形，取得了良好的支護效果。

關鍵詞：深井高應力 錨網索支護 分步支護

1 工況概況

1.1 地質概況。潘一東區風井井底環形車場標高為-842m，地面標高為+23.2m，風井井筒施工至13-1煤層頂板6.7m處揭露F32正斷層，該斷層面傾向190°，傾角40°，斷層落差約20m。根據井筒注漿孔及風井實際揭露地質資料分析，風井環形車場掘進區域范圍內巖層主要為細砂巖、砂質泥巖和煤線，車場直接頂為泥巖，老頂為細砂巖，車場底板以煤線、泥巖和砂質泥巖等軟巖為主，煤巖層產狀約為170～180°∠6～8°。

1.2 試驗巷道原有支護形式。風井環形車場巷道斷面形狀為直墻半園拱形，巷道凈斷面：5.6×4.4m，原有支護形式為錨網噴支護，主要支護參數：錨桿間排距為800×800mm，錨桿規格為Φ22×2500mm，鋼筋網規格：1700×900mm、鋼筋規格:Ф6.5mm，網孔規格：100×100mm，混凝土噴層厚度為150mm，混凝土強度等級為C20，錨索為規格：Φ17.8×6300mm，錨索間排距2400×2400mm。

2 已施工區段巷道變形破壞特征及其原因分析

通過對風井環形車場現場調研，總結井底車場已施工段巷道破壞形式主要表現為：

2.1 巷道底鼓嚴重，并沿縱向產生張裂現象，觀測記錄表明，一周最大底鼓量能達到300mm左右。造成環形車場巷道底鼓的原因主要如下：

一是由于巷道拱頂及兩幫三個方向是有支護的，而底板是“弱面”，在兩幫圍巖的擠壓作用下，產生了壓模效應，底板巖體沿弱面剪切滑移并擠壓其上部破碎巖體從而引起了流變性底鼓；

二是底板巖石有膨脹性，水加劇了具有膨脹性巖石的物理化學膨脹和力學膨脹，從而導致底鼓[1]。

2.2 巷道水平應力大，幫墻整體內移，混凝土噴層脫落、鋼筋網外露，拱頂被擠成尖桃形。由于風井環形車場鄰近F32斷層，巷道圍巖的應力環境復雜，巷道頂幫巖體在水平及垂直應力作用下發生剪切破壞，并在滑移及轉動過程中迫使頂板相鄰巖體轉動失穩，從而導致巷道形成“尖桃”形，這也是巷道水平應力大于垂直應力的表現。

2.3 巷道開挖后卸荷迅猛，來壓快，錨索施工后不到兩天，錨索托板即出現了明顯來壓花紋，并且部分區段錨索出現了破斷現象。這是由于風井環形車場埋藏深，巖層壓力大、且以形變壓力為主，原有支護強度不夠，因此導致巷道開挖后卸荷迅猛，來壓快。

3 風井環形車場修復方案

3.1 風井環形車場修復原則。巷道支護結構是巷道工程的一個重要組成部分，它和巷道圍巖共同構成一個相互作用，共同承載的有機“圍巖-支護”結構體。支護結構的作用不是被動地承受荷載，而是避免圍巖過分的松動和強度的降低，從而保持圍巖具有較好的自身穩定性[2]。支護結構不會自己失穩，它的失穩是圍巖造成的，從這個意義上來說，支護結構失穩是被動的，即有荷載才會造成支護結構的失穩[3]。風井環形車場巷道所揭露的圍巖主要為泥巖、花斑泥巖、砂巖、砂質泥巖及煤線，這類巖層在未風化時尚有一定的強度，但遇水、空氣后極易風化、崩解，強度顯著降低，根據這些條件，在風井環形車場巷修加固和巷道支護設計中必須要遵循以下原則：

3.1.1 及時封閉圍巖。掘破巖后應及時噴射混凝土封閉巖面，防止圍巖風化，減少圍巖強度的損失。

3.1.2 提高圍巖的殘余強度。巷道開挖后應盡快完成初期支護的主體結構，使巷道圍巖受力由二向應力狀態轉為三向應力狀態，提高圍巖的殘余強度。

3.1.3 全斷面支護原則。由于深井軟巖巷道的變形壓力來自四周，若對底板不及時支護，很容易造成底板鼓出。

3.1.4 分步支護原則。根據深井軟巖巷道初期變形量大、變形速度快的特點，深井軟巖巷道采用一次強阻力剛性支護來維護圍巖一般是難以成功的。為適應軟巖的變形特征，應采取分步支護的方法[4]。一次支護主要是加固圍巖，提高其殘余強度，最大限度地利用圍巖的自承載能力，讓圍巖的形變壓力在首次支護過程中得以充分釋放。二次支護主要是給巷道圍巖流變性荷載提供支護和安全儲備作用，為了避免巷道產生過度變形，二次支護應在圍巖變形穩定后實施[5]。

3.2 風井環形車場巷修加固施工工藝及技術參數。風井環形車場巷修首次支護采用錨網索支護方式，通過補打增加錨桿和錨索，在錨桿和錨索高阻支護過程中，最大限度地利用圍巖的自承載能力，二次支護則采用架棚并進行噴注漿加固，架棚給圍巖表面提供強大的剛性抗力，保持較高的支護強度，限制巷道圍巖位移，減少不協調變形。具體施工及技術參數如下：

3.2.1 對于巷寬達不到設計要求的區段，先用長把手鎬或風鎬找頂、刷幫至巷道設計尺寸。

3.2.2 初噴50mm左右混凝土噴層達到圓滑平整，然后掛網、并在前期所施工錨桿檔棚（巷道拱基線以上拱頂位置）逐排補打錨桿，錨桿規格Φ22×2500mm，錨桿材質均為MG400錨桿間排距：800×800mm。

3.2.3 在巷道易破壞的關鍵部位拱頂及兩拱肩位置隔排增打補強錨索，補強錨索規格：Φ21.8×7300mm，補強錨索的預緊力不小于100KN，眼孔深度7m，安裝錨索時每孔使用4卷Z2350樹脂藥卷。

3.2.4 套架U型鋼支架，U型鋼支架規格為U29，棚距600mm，并用鋼筋笆片腰幫過頂。

3.2.5 復噴混凝土，混凝土噴層厚度為100mm，混凝土強度等級為C20，配合比水泥：黃砂：碎石=1：2：2。

3.2.6 對巷道拱頂及巷幫進行注漿加固。每斷面布置7個注漿孔，排距2400mm，間距1800mm。

4 支護效果

為了監測支護的效果，對巷道采用了十字布點法進行了表面位移監測以及安裝頂板離層儀和多點位移計進行了離層監測，以分析圍巖是否進入了穩定狀態。巷道位移監測包括兩幫相對移近量和頂底板移近量。其監測結果表明，觀測期間最大累計頂板下沉量為371mm，兩幫移近量最大為201mm。

5 結語

5.1 由于風井環形車場埋藏深、地壓大、軟巖區段多的特殊性，因此單一錨網噴支護或單一架棚支護均很難滿足巷道支護要求。

5.2 工程實踐表明，經過錨網索首次支護之后，巷道變形問題得到了初步的改善，采用套棚并進行噴注漿加固的二次支護措施，為圍巖表面提供剛性抗力，同時噴注漿措施進一步保證了巖體的完整性及其工程質量，限制巷道圍巖位移。

5.3 深井軟巖返修巷道采用上述分步聯合支護方案是有效且可靠的，維修后的巷道斷面規格能滿足巷道安全使用需求，該方案有效地解決了潘一東礦環形車場支護問題。

參考文獻:

[1]姜耀東.巷道底鼓機理的及其控制方法的研究[D].徐州:中國礦業大學，2005.

[2]何滿潮，謝和平.深部開采巖體力學研究[J].巖石力學與工程學報， 2005，24(16):2803～2813.

[3]董方庭，宋宏偉，郭志宏等.巷道圍巖松動圈支護理論[J].煤炭學報，1994(1).

[4]何滿潮，孫曉明.中國煤礦軟巖巷道工程支護設計與施工指南[M].北京:科學出版社，2004.

[5]李明遠.軟巖巷道錨注支護理論與實踐[M].北京:煤炭工業出版社，2001.