深埋準備巷道支護參數設計

黃賀軍

（華能云南滇東礦業分公司白龍山煤礦一井工程科，云南 富源 655508）

1 支護難點分析

根據1015軌道大巷地質條件和前階段支護效果，該巷道支護主要存在以下技術難題：

（1）巷道埋深大

淺部巖體多數處于彈性應力狀態，但進入深部以后多數巷道受"三高"和"一擾動"的作用，使深部巷道圍巖的力學性質發生了明顯變化，從而表現出其特有的力學特征現象淺部表現為普通堅硬的巖石在深部可能表現出大變形、難支護的軟巖特征，即多數深部巖體處于塑性、粘塑性、流變的潛在破壞狀態下。在深部下巷道一旦被開挖，巖體原有的三向平衡應力狀態被打破，很快產生碎脹變形破壞，造成巷道周邊破碎巖體增多、巷道支護困難等一系列問題，導致災害事故增多，如大面積來壓、冒頂、大變形且長期處于流變狀態、沖擊地壓等，明顯不同于淺部巖體表現出來的力學特性，導致深部巷道維護十分困難。

（2）該上山為礦井主要巷道，服務年限相對較長，對變形控制要求高；

（3）巷道高度大，施工控頂難度大，打眼、安裝錨桿、錨索等工序操作相對困難，部分地段存在淋水現象，對施工隊伍的操作水平、施工質量和現場的管理水平等要求相應較高。

2 支護的原則

2.1 提高圍巖殘余強度的原則

由于深井巷道在低圍壓、高應力差作用下，圍巖普遍處于巖石峰后殘余強度階段，提高圍巖殘余強度主要有三個技術途徑：

（1）提高支護阻力

由于支護阻力是支架對圍巖提供的一個圍壓，使巷道周邊圍巖從二向應力狀態轉化為三向應力狀態，從而提高圍巖的殘余強度。

（2）錨桿加固圍巖

圖1 錨桿力學機理

實驗證明，錨桿能利用其錨固力將破碎圍巖錨固起來，在錨固劑作用下，將錨桿桿體周圍的破碎巖塊組合成串，使破碎巖塊膠結成鋼筋巖柱(見上圖1)，并且在托錨力的作用下對圍巖提供一定的圍壓，使破裂巖體由原來的二向應力狀態轉化為三向應力狀態，從而恢復和提高了破裂圍巖的殘余強度，形成具有較高承載能力和可塑性的錨固層。錨桿錨固力大、密度高、這種加固作用就越明顯。

（3）注漿加固。破碎嚴重的巖體，單純依靠錨桿加固不能滿足要求時，采用注漿加固能提高松動破碎圍巖強度。注漿方式可采用單獨注漿或采用外錨內注的"錨注式"錨桿。

2.2 充分發揮圍巖承載能力的原則

充分發揮圍巖的承載能力，主要體現在以下幾個方面：

（1）二次支護

理論和實踐證明，深井巷道采用一次強阻力剛性支架來維護圍巖是不適應深井巷道初期變形量大、變形速度快的特點，應采用二次支護原則。一次支護主要是加固圍巖，提高其殘余強度，在不產生過度膨脹、剪脹變形的條件下，利用二次支護使圍巖應力以變形的形式得到釋放。

（2）調動巷道深部圍巖

巷道開挖雖然擾動圍巖，但其范圍是有限的，巷道深部圍巖強度比淺部圍巖強度明顯要高。因此巷道深部圍巖對于深井巷道圍巖的控制是一種豐富的可利用資源，有關學者提出了調動深部圍巖強度控制深井巷道地壓的思想。通過研究發現，將一定長度的錨索在適當的部位錨入深部圍巖，調動深部巖體強度后，能很好地改善圍巖的應力狀況和圍巖的自身性能。通過錨索使深部巖體有效地承擔了淺部圍巖的荷載，控制圍巖的大變形。

（3）噴射砼

封閉暴露面的主要方法是采用噴層支護，即在巷道圍巖暴露后立即向巷道周壁噴射能快速硬化的砂漿或混凝土，以便在巷道周壁上形成保護層，其作用不僅可以減少環境對圍巖表面的破壞，防止圍巖新暴露面風化吸潮，還可防止個別離層和松動巖塊突然冒落，此外，一定厚度的噴層對圍巖也起支撐和加固作用，有利于使圍巖保持穩定狀態。

2.3 巷道圍巖弱結構控制的原則

巷道開挖后，兩幫及頂底板變形破壞并不是均勻的，而是首先從巷道某一個或者某幾個部位開始變形破壞，從而導致整個巷道的支護體失穩，巷道圍巖首先從弱結構開始破壞，這些首先破壞的部位稱為支護的"關鍵部位"。一旦巷道支護體的強度、剛度及可縮量不適應巷道弱結構部位的變形時，就會發生破壞，然后導致其它部位破壞，最終使巷道圍巖破壞失穩。長期以來，巷道支護一直習慣于巷道全斷面均勻支護，實踐證明這是不合理的，應該針對巷道的弱結構部位進行加強支護，使巷道圍巖應力分布趨于均勻，而達到良好的控制效果。

31015 軌道大巷支護方案

根據現場測試結果、圍巖狀況和上述要求，較為理想的支護方案應為"一次錨網噴（讓壓變形）+二次錨索和錨注（圍巖結構強化）"分步加強聯合支護方式。其中在巷道破碎帶采用"架棚（讓壓變形）+二次錨索和錨注（圍巖結構強化）"分步加強聯合支護方式。設計支護示意圖如下：

（1）一次支護：

圖2 一次錨網噴支護斷面示意圖

圖3 二次支護錨索布置示意圖

（3）巷道注漿

注漿順序：從底角眼孔開始注漿，盡可能低壓注漿，依次向上注漿充填滿。

圖4 注漿孔布置示意圖

結語

針對1015軌道大巷深埋壓力大、服務年限長、巷道高度大等支護難點，結合提高圍巖殘余強度、充分發揮圍巖自承載能力及巷道圍巖弱結構控制原則，提出1015軌道大巷掘進時分步加強聯合支護方案，為類似條件下巷道支護設計提供參考。

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