平煤十一礦深部煤倉維修技術的探索應用

張海志 張紅武 李學樓

摘要：在大埋深、高地應力、斷層帶的軟巖煤倉中，采用錨桿、錨網、錨索及噴漿+注樹脂漿聯合支護的形式。通過該聯合支護形式把深部圍巖強度調動起來，主動、有效強化圍巖強度和保持圍巖穩定，阻止圍巖的進一步破碎及流變變形，加強圍巖與支護體承載的強度，提高圍巖的整體性和實現主動支護，增強主動承載能力。該聯合支護形式有效的控制了煤倉的收斂變形及倉壁垮落現象，大大減少了維修量，提高了煤倉的服務年限。

關鍵詞：高地應力 煤倉 聯合支護 主動承載

平煤股份十一礦施工的二水平丁六采區由于受張莊逆斷層和鍋底山正斷層的影響，其走向及傾角在東西方向上變化較大：53勘探線以東走向為N：325°，58勘探線以西走向為N：295°，其間區域為N：300°左右；52線以東煤層傾角相對較大為8～14°，一般為9°左右，56線以西次之，為7～10°，一般為8°左右，兩勘探線之間相對較緩，為6～8°，一般為7°左右。區內存在范莊逆斷層和張莊逆斷層，走向分別為北偏西30～35°和北偏西40～17°，傾向均為北東向，傾角分別為20～30°和17～45°，落差分別為20米和20～52米，對采區影響較大。而丁5-6-22122煤倉在此影響范圍內，該煤倉已經過多次不同形式的維修，圍巖松動范圍較大。

通過研究和確定方案，我們采用錨桿、錨網、錨索及噴漿+注樹脂漿聯合支護的形式。

1 維修煤倉聯合支護應用可行性論證

1.1 煤倉圍巖破壞機理研究分析

煤倉施工后，由于直徑大，埋藏深應力重分布顯現劇烈，周邊徑向應力降低，切向應力卻增高，使應力圓迅速擴大至極限平衡狀態。隨著徑向變形的產生，巖體進入塑性后，切向應力就不再增大，反而由于圍巖強度逐漸降低而下降，使圍巖形成破壞，當塑性區擴展到一定程度出現塑性破裂，巖石粘聚力和摩擦角相應降低，引起圍巖松動，這時塑性形變承載力將轉化為松動壓力，且可能達到很大的數值，導致圍巖失穩。初始支護采用錨桿噴支護或錨索噴支護或錨桿錨索噴聯合支護，由于澆注混凝土支護剛度大，不能適應大直徑煤倉開掘初期及應力峰值期變形速度快、變形量大的特點；在錨桿支護中，由于煤倉直徑大埋藏深，淺部圍巖變形迅速，從而降低了錨桿的錨固作用，使錨桿在很低錨固水平下工作，而且隨著圍巖的變形，圍巖應力不斷向深部遷移，錨固力不斷散失。軟巖巷道的大變形，特別是深部巖體和淺部巖體的非均勻變形在錨桿上產生較大的剪力，相應地要求錨桿提供更大的錨固力。被錨桿加固的圍巖比較松軟，其抗壓強度低于地壓應力值，圍巖就要產生流動性變形，造成噴層脫落，繼而片幫垮落，不能保持噴層及圍巖表層的完整。圍巖較松軟破碎，無法實現錨桿的主動支護；另一方面，錨桿錨索噴聯合支護雖然將擴大煤倉的支護范圍，能把深部圍巖強度調動起來，和淺部支護巖體共同作用，但錨桿錨索聯合支護密度大，破壞了圍巖的整體性，同時由于煤倉直徑大埋藏深，使得錨桿、錨索遭到切向應力即剪切力破壞。

想要使得圍巖最大限度地發揮其承載能力，又不使遭到松動破壞，必須使得支護體共同作用，加強支護體的屈服強度，減小圍巖的流變變形，使圍巖應力均勻分布承載體上。

對已經過長期修復治理的煤倉來說，因圍巖的松動范圍大，修復時不宜再采用讓壓支護，需要加大支護強度，擴大巷道的支護范圍，把深部圍巖強度調動起來，控制煤倉周圍圍巖的穩定性，提高圍巖的整體性和自承載能力，并對圍巖起到加固效果，實現對煤倉的主動支護。

我們通過二次支護采用注樹脂漿支護，在大埋深、高地應力、斷層帶的軟巖修復巷道中，采用注美固364與錨網索噴漿聯合支護。通過注樹脂漿（美固364）將破碎圍巖膠結成整體，提高巖體粘聚力和內摩擦角，強化巖體的力學性能，最大限度地發揮圍巖承載能力。采用錨網索噴漿，阻止圍巖的進一步破碎，加強圍巖與支護體承載的強度，阻止圍巖的流變變形，提高圍巖的整體性和自承載能力，實現主動支護，增強巷道的拉壓能力。充分利用注漿材料的物理和化學性質，將破碎圍巖膠結成整體，提高巖體粘聚力和內摩擦角，強化巖體的力學性能，最大限度地發揮圍巖承載能力，提高了巷道施工速度，加強了煤倉支護，降低巷道失修率。

煤倉支護應遵循以下原則：提高圍巖的殘余強度；提

高圍巖的自承能力；減小圍巖中的應力集中；改善圍巖的不均勻變形和應力集中。選擇全錨網錨索噴漿+注樹脂漿聯合支護形式，加上科學的管理，完全能夠在該條件下滿足要求。

1.2 施工方案合理性分析

在借鑒其它礦經驗的基礎上，結合我礦的具體情況，以礦壓觀測值為基礎，總結研究出“地質力學評估-初始設計-現場監測-信息反饋-修改設計”的動態設計方

法。

根據現場實際情況，首先對煤倉維修時采用錨網錨索噴漿支護，把深部圍巖強度調動起來，主動、有效強化圍巖強度和保持圍巖穩定，阻止圍巖的進一步破碎及流變變形，再采用二次支護注樹脂漿支護，利用美固364抗壓強度高，滲透能力強，凝結時間短的特點，不但有利于更大程度的發揮圍巖體承載能力，強化巖體的力學性能，最大限度地發揮圍巖承載能力。也有利于二次支護后流變狀態圍巖體應力的平衡，可充分發揮錨網錨索及噴漿+注樹脂漿各自的最大支護和承載能力，該聯合支護形式有效的控制了軟巖煤倉的收斂變形、自重變形及倉體中部和底部易破碎現象，大大減少了維修量，提高了煤倉在該工作面的服務年限。

2 支護選型

二水平丁六采區煤倉的基本情況，其煤倉高度為35m，設計凈斷面直徑為5m，掘進斷面直徑為5.7m，澆注壁厚為350mm，該煤倉容量為939.06t，一天平均出煤量為4000t左右；原煤倉支護為混凝土澆注支護。

2.1 維修支護斷面圖（附圖1、附圖2）

2.2 倉體支護參數

網采用Φ6mm鋼筋焊接網，高強錨桿Φ22×2400mm每排16根，錨索Φ17.8×4500mm每排16根，間排距均為1000×800mm（附圖1），注漿錨桿Φ20×4500mm每排16根，間排距為1000mm×1000mm（附圖2）。

3 施工工藝及注意事項

3.1 施工順序

首先人工將倉體失修和收斂部分擴幫至設計尺寸，第二步進行錨網錨索+初噴支護，第三步打注漿錨桿并注漿進行支護，第四步進行復噴至設計尺寸。

3.2 注漿標準及要求

①注漿以前應先布置好注漿管位置并依次編號后方可注漿。

②注漿采用美固364 Flex （硅酸鹽）。

③注漿壓力為1.5～2.5兆帕為準。

④注漿錨桿長度為4500mm，間排距為1000mm×1000mm。注漿孔布置見附圖2。

⑤注漿錨桿間距誤差不大于正負100mm，外露長度為50mm至80mm為準。

⑥注漿量要飽滿充實，并以每個孔不發生跑漿、露漿為宜。

⑦封孔采用專用水泥藥卷，每根錨桿配2個藥卷，把藥卷在清水中浸泡10至15秒，必須先抽掉紙芯，用手揉捏均勻后推入孔口，封住孔口中，封孔應嚴實。

4 效果觀測

工程結束后對該軟巖煤倉進行“十字”礦壓觀測法。每間隔5～6m設立一個測站，每站設立不少于2組測點，每組測點間距不超過1.5m，每組分別在東西和南北幫中部布設測點測量。

通過2012年10月至2013年4月測點觀測數據的變化情況表明，6個月內南北幫收斂累計143mm，前期收斂變化量穩定，中期變化量較大，后期處于穩定狀態；東西幫收斂量為119mm，同樣是前期收斂變化量穩定，中期變化量較大，后期處于穩定狀態。

實踐表明該聯合支護形式使軟巖煤倉變形得到了有效控制，采用該技術后減少了煤倉維修的次數，增加了采區煤倉的服務年限。

參考文獻：

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作者簡介：

張海志（1980-），男，河南社旗縣人，本科，助理工程師，研究方向：煤礦支護技術管理。