靈北礦井防治大巷底鼓支護技術研究

楊廣棟

（山西汾西礦業集團 生產處，山西 介休032000）

針對靈北礦井底車場集中軌道大巷底鼓變形嚴重的問題，以鋁土泥巖為研究對象，通過對巷道底鼓影響因素及成因的理論分析，得出圍巖物理化學性質、圍巖應力狀況及支護形式是產生底鼓的主要因素。根據不同支護方法的機制研究，提出應力防護與水防護同時治理的思路，對多種支護模式對比分析，考慮其優缺點，在實測松動圈、鋁土泥巖成分分析及可注性試驗的基礎上設計出本方案。試驗結果表明，本方案可有效控制軟弱膨脹泥巖、高應力巷道的底鼓變形。

1 集中軌道大巷底鼓變形現狀

靈北煤礦副斜井集中軌道大巷主要用于連接副斜井井底車場與軌道大巷，開口處位于副斜井井筒落底點向前133.979m，該巷道方位角為34°30′00″，巷道全長113.424 m，坡度為3‰。

根據現有地質資料可知井底車場集中軌道大巷圍巖相對穩定，附近無采區及老空區，施工區域內無斷層、褶曲、裂隙、陷落柱等地質構造。巷道掘進以11號煤底板為掘進底板。11號煤層厚度平均達到7.06m，資源／儲量豐富，且煤層穩定。11號煤底板位于本溪組底部，奧陶系灰巖侵蝕面之上，區域上稱之為G層鋁土礦層，其厚度為1.00～11.50m，平均5.55m，北部厚南部薄。根據資料及實際揭露的灰巖涌水情況可知，巷道實際涌水量在5m3／h左右。

目前井底車場集中軌道大巷大部分區域出現頂部、幫部開裂，其中車場90～105m處頂板下沉100～600mm，錨桿、錨索發生凹進現象，105～150m處頂板噴射砼開裂。全巷道出現底鼓現象，平均鼓起高度為600～800mm，該巷道所施工完畢的水溝均已開裂或擠壓變形。部分區段已起底返修超過三次，底鼓變形量仍然較大。

該區鋁土泥巖A1203及Si02含量較高，說明鋁土泥巖中含有大量鋁硅酸鹽，如高嶺石和蒙脫石等強膨脹性粘土礦物。而此類巖石親水性較強，吸水后巖性軟弱破碎、碎脹泥化、強度低、穩定性差，有明顯的擠壓碎脹及吸水膨脹現象。

2 集中軌道大巷現支護方式

井底車場集中軌道大巷支護形式為錨網噴、錨索、U29型鋼支架聯合支護。

1）錨桿桿體材料采用左螺紋鋼，規格為Φ20mm×2200mm，每根錨桿使用K2355和Z2355型樹脂錨固劑各一支，錨桿托板采用厚5mm鋼板加工的成品托板，規格為120mm×120mm，錨桿三花布置間排距800mm×800 mm。錨桿起錨高度距巷道底板不大于700mm。所有錨桿均垂直于巷道掘進輪廓線，當煤（巖）層的層理、節理發育時，錨桿應盡可能與主要層理、裂隙面垂直。

2）金屬網為Φ6.5mm盤圓鋼筋焊制而成，網幅為2000mm×1000mm，網格為100mm×100mm，網與網之間搭接寬度不小于100mm，聯網時選用10＃鐵絲剪成的長400mm的小段，雙股對折，扭結圈數不小于3圈，要聯結密實，聯結點間距不大于200mm。

3）錨索規格為Φ17.8mm×9000～12000mm的7股鋼絞線，間排距1500mm×1500mm，配套使用1卷K2355、2卷Z2355型錨固劑（快速藥卷在上，中速藥卷在下），錨索托板規格為300mm×300mm×16mm及配套鎖具。

根據分析，認為該方案對于頂板及兩幫的支護措施可行，但該支護方式未對底板進行有效支護，U型鋼未封閉。

3 技術方案

1）設計理論依據

本次試驗巷道支護參數設計以圍巖松動圈支護理論為依據，根據井底車場巷道變形觀察和圍巖松動圈實測進行支護設計。根據現場變形特征以及底板地質層結構可判斷：若巷道開拓過程中底板無水接觸，那么總位移的大部分是由圍巖應力釋放造成，底鼓發生主要形式為擠壓流動型變形，因此采用“讓”、“抗”結合的組合支護形式。根據對所采集鋁土巖成分分析，采用一維膨脹理論估算由鋁土巖膨脹位移在300～400mm之間，因此在總體方案中應考慮底板遇水發生膨脹性底鼓，進行防水處理。

2）圍巖松動圈實測

軌道大巷凈寬4700mm，左邊墻0.8～1.0m內破碎，松動圈為2.0～2.2m；右邊墻1.0m 內破碎，松動圈為2.5～2.6m；底板1.0m內松散，松動圈為3.0m。

3）支護方案設計

采用“基角爆破卸壓＋底角錨桿＋注漿＋底板錨桿＋封閉式支架＋膨潤土防水毯”聯合支護方式，降低底板圍巖淺部的應力，使高地應力向圍巖深部移動，增加圍巖變形的阻力，底板錨桿防止底板巖層擴容、膨脹及水平壓力下擠壓流動變形引起的剪切破碎產生剪切滑動膨脹底鼓，封閉式可伸縮支架起到先讓后抗作用。

根據膨脹理論對該泥巖遇水膨脹量的預測，為防止裂隙水及工業水在底板上產生的徑流及邊溝匯集流水侵入鋁土泥巖而發生巖層泥化、崩解、破裂現象，降低巖體強度，導致底板巖層產生遇水膨脹性底鼓，需采取措施，避免巷道底板表面徑流水與底板巖層接觸。采用膨潤土防水毯作為隔水材料。

4 技術參數

1）深孔爆破參數

炮孔距兩幫200mm，炮孔斜長4m，傾角45°，排距1 m；采用煤礦許用乳化炸藥，裝藥量150g，炮孔填塞長度不少于1m。

2）底角錨桿參數

底角錨桿采用左旋螺紋鋼桿體可伸長增強錨桿，規格Φ25mm×2800mm，排距800mm，距巷道底板300mm，向下傾斜30°～45°。選用K2355型樹脂錨固劑一卷和Z2355型樹脂錨固劑兩卷，采用端頭錨固，錨固力不小于150kN，安裝預緊力不小于150kN·m。

3）注漿參數

根據松動圈測試結果，底板0.8m內松散，3m松動，沿巷道底板兩排孔三角錯動排布注漿。

4）底板錨桿參數

底板設置錨桿Φ20mm×2400mm左旋螺紋鋼筋錨桿，間排距800mm×800mm，錨桿孔徑29mm，錨固長度不小于1000mm，錨固力不小于100kN，安裝預緊力不小于120kN.m；每根錨桿使用K2355和Z2355型樹脂錨固劑各一支，錨桿托板采用厚5mm鋼板加工的成品托板，規格為120mm×120mm。

5）膨潤土防水毯參數

防水毯沿底板全長鋪設，兩幫鋪設高度超出邊溝頂面設計高程150mm，毯間壓茬100mm，防水毯每截面長度至少需5500mm。

5 結語

試驗結果表明該支護方式對解決鋁土泥巖巷道的底鼓具有較高的適應性，在支護方案設計、防水措施方面具有明顯的新穎性、有效性和可靠性。