滑動構造影響下軟巖巷道支護技術研究

李紅行 劉志鴻 徐偉偉 李憲振 劉玉衛，3

（1.鄭州煤炭工業 （集團）有限責任公司，河南省鄭州市，450042；2.國家安全生產監督管理總局信息研究院，北京市朝陽區，100029；3.西安科技大學能源學院，陜西省西安市，710054）

滑動構造影響下軟巖巷道支護技術研究

李紅行1劉志鴻1徐偉偉2李憲振1劉玉衛1，3

（1.鄭州煤炭工業 （集團）有限責任公司，河南省鄭州市，450042；2.國家安全生產監督管理總局信息研究院，北京市朝陽區，100029；3.西安科技大學能源學院，陜西省西安市，710054）

在分析了老君堂礦-20水平水倉地質條件、巷道支護現狀的基礎上，分析了滑動構造影響下巷道失穩破壞的原因，提出了高阻可縮全封閉U型鋼棚支護+壁后注漿+錨索結構補償的聯合支護方式，實驗結果表明，該支護方式取得了良好的支護效果。

滑動構造 軟巖巷道 巷道支護 聯合支護

鄭煤集團所轄的老君堂煤礦、大平煤礦、金龍煤礦、裴溝煤礦、告成煤礦等多對礦井均不同程度地受滑動構造影響。這些滑動構造的滑體都是自晚古生代的煤系及其上覆地層組成的，滑動面一般是沿山西組二1煤層發育，規模大小不等且形態各異。其中老君堂煤礦-20水平井底車場巷道受滑動構造影響強烈，尤其是水倉圍巖變形難以得到有效控制，本文針對老君堂煤礦-20水平水倉在滑動構造影響下的軟巖巷道支護技術進行研究。

1 地質采礦條件

老君堂煤礦-20水平水倉布置在L8灰巖及下部，受滑動地質構造影響，水倉圍巖巖性以泥質巖體為主且極為破碎，且由于巷道圍巖長期受水體浸泡，水倉圍巖變形強烈，不僅造成水倉使用斷面難以得到有效保障，而且水倉底板的強烈臌起嚴重影響礦井的正常排水。水倉圍巖表現出典型的工程軟巖特征，巷道變形破壞方式多樣，初期變形速率大，圍巖破壞范圍大，對應力擾動和環境變化非常敏感。

2 巷道原有支護狀況概述

-20水平水倉原支護方式采用錨網噴支護或架棚支護，在圍巖巖性以灰巖為主的地段，采用錨網噴支護巷道除局部噴層開裂外，巷道整體支護效果較好；但當圍巖巖性以松散、破碎的泥巖或二1煤為主時，錨網噴支護和架棚支護均難以控制水倉圍巖的強烈變形，變形特征主要以兩幫強烈內移和底臌為主，尤其是泥質巖體遇水膨脹后，水倉圍巖產生顯著的塑性變形和流變，造成水倉幾經修復仍然難以滿足使用斷面要求。

3 巷道失穩破壞原因分析

分析-20水平水倉現有支護狀況及破壞特征，造成水倉強烈變形的原因主要有以下兩方面。

（1）受滑動地質構造影響，水倉圍巖巖性差，圍巖應力水平高。根據老君堂礦補8鉆孔柱狀圖，水倉平均埋深490 m，若上覆巖層平均密度按2500 kg／m3計算，則通過估算得出水倉所處層位的原巖垂直應力約12.25 MPa。滑動地質構造形成的構造應力往往數倍于原巖應力，若應力集中系數按2～3計算，則水倉所處圍巖應力水平高達24 MPa以上，同時受滑動地質構造影響，水倉圍巖巖性極為破碎，水倉圍巖強度進一步降低，造成水倉所處應力水平遠高于圍巖體自身的強度，在高應力作用下，巷道淺部破碎巖體極易產生強烈剪脹變形，使得巷道圍巖揭露后馬上處于塑性狀態，宏觀表現即礦壓顯現強烈，巷道強烈變形。因此，滑動地質構造影響是造成水倉強烈變形的主要原因之一。

（2）支護措施缺乏針對性，難以發揮其支護作用。老君堂礦-20水平水倉采用29U型鋼直腿拱形支架支護，棚距400 mm，該支護方式仍然無法控制巷道變形，主要有三方面原因。其一，支護圍巖相互作用關系較差，支架承載能力難以發揮。棚式支架僅能被動承受因圍巖變形而產生的壓力，不僅初期無法及時主動承載，而且支架在均布載荷方式下才能表現出較高的強度和承載能力，但當前巷道掘進和支護工藝中，支架與圍巖間不可避免地存在一些空穴，造成支架承受集中載荷或偏心載荷，使得支架的承載能力大大降低。水倉使用29U型鋼棚支護，理論上其提供的被動支護阻力可達1000 k N以上，但實際承載能力一般為其1／5～1／10，其承載性能遠未得到發揮。其二，現有直腿拱形支架由于底板底臌和支架抗側壓能力差，可視為可動鉸支座模型，由于鉸鏈處具有3個自由度，實際使用中由于底板松軟不僅支架極易穿底，且受幫部圍巖在高應力作用下產生強烈剪脹變形作用，導致支架幫部極易失穩，而理想支護模型應為固定鉸支座，從而提高支架整體穩定性，因此必須針對直腿拱形支架結構薄弱環節采取結構補償措施控制兩幫的變形，以提高支架的整體承載能力。其三，水倉底板煤層較厚，且極為松軟，水倉作為該采區正常生產的重要硐室，服務年限較長，底板長期受水浸泡使底板圍巖強度弱化，造成底板強烈底臌，大大降低了現有支架的結構穩定性，加劇了水倉兩幫強烈變形，從而導致支架迅速失穩、破壞。

4 －20水倉優化支護方案

針對-20水倉所在地質采礦條件和相對圍巖壓力較大以及水倉長期受水浸泡的特點，新設計方案采用高阻可縮全封閉U型鋼支架+壁后充填注漿+錨索結構補償聯合支護的方式進行支護。

4.1 高阻可縮全封閉U型鋼棚支護

為改善原有直腿拱形支架支護底板底臌和抗側壓能力的現狀，-20水倉基本支護采用具備高阻可縮特性的29U型鋼棚支護，棚距400 mm，扎角5°，支架搭接長度為500 mm，并采用雙槽夾板上、下限位卡纜及1付普通夾板卡纜，要求卡纜預緊力矩不低于300 N·m，U型鋼支架壁后使用新型雙抗雙扣聯排鋼筋網強力護表，并對巷道表面進行噴漿，噴層厚度為50 mm±5 mm。

在設計底板標高基礎上，按設計方案要求向下臥底800 mm，施工底反拱，底反拱的間距與U型棚的棚距一致為400 mm。采用雙槽形夾板上、下限位卡纜，改進后的卡纜需經熱處理，才能提高其剛度和支架的整架性能。要求拱形支架的搭接長度500 mm，采用3付卡纜，2付雙槽夾板限位卡纜，1付普通夾板卡纜。

4.2 壁后注漿充填

通過實施壁后注漿充填，可大大改善U型鋼支架與圍巖的相互作用關系，使得支架整體均勻承載，避免支架承受集中載荷或偏心載荷，使得支架的承載能力大大提高。注漿管長度1200 mm，采用0.5英寸中空螺紋鋼管加工，注漿段長度750 mm，鉆有10個孔徑為8 mm的注漿孔，均勻布置，注漿孔尾部有70 mm長螺紋與注漿泵出漿管高壓快速接頭連接，外段密封采用圓環體狀快硬膨脹水泥藥卷，每根注漿管用2支水泥藥卷。

4.3 錨索結構補償

根據支護結構補償原理和巷道實際支護狀況，支架基本結構補償位置位于幫部距底板300 mm處和支架起拱線處，結構補償錨索選用直徑15.24 mm的1860鋼鉸線，結構補償錨索長度為5.0 m，間距1.2 m，排距1.5 m。為保證支架結構穩定性，同時考慮錨索適應圍巖變形的能力，結構補償錨索預應力達到70 k N即可。

4.4 支護效果分析

測點觀測周期為1～5 d，初始觀測頻率較高。-20水平水倉某一個觀測斷面頂底板和兩幫的相對位移量、頂底板和兩幫的變形速度見圖1和圖2。

圖1和圖2顯示，采用結構補償新型聯合支護后，巷道的頂板、兩幫變形速度在最初的15 d比較快，15～45 d圍巖變形速度基本趨于穩定，45 d后巷道圍巖變形基本穩定。兩幫移近量相對較大一些，但變形在45 d后趨于穩定，造成兩幫移近量較大的主要原因是由于水倉圍巖受滑動構造影響嚴重破碎，支護初期注漿工序略有滯后，導致支架受力不均引起兩幫移近量較大，因此也導致了巷道圍巖變形速率不均勻，造成圍巖變形速度在初期不是很穩定。總體來看，巷道圍巖變形總量不大，圍巖變形得到有效控制，巷道底臌得到很好治理，滿足了水倉長期使用的要求，很好地解決了滑動構造影響下軟巖巷道支護技術難題。

5 結論

（1）在全面分析老君堂礦-20水平水倉地質條件、現有支護方式等的基礎上，總結了老君堂礦-20水平水倉在滑動構造影響下巷道失穩破壞的原因。

（2）采用高阻可縮全封閉U型鋼棚支護+壁后注漿+錨索結構補償的聯合支護方式對老君堂-20水平水倉進行現場支護。

（3）實驗結果表明，U型鋼支架與底反拱構成封閉結構，提高了支架幫部的結構穩定性，改善了支架受力狀況，增強了支架整體承載能力，控制了底板強烈臌起；壁后充填注漿技術，改善了支架-圍巖相互作用關系，實現了支架與圍巖共同承載；錨索進行結構補償，不僅提高U型鋼支架整體結構穩定性及其承載能力，而且能夠有效發揮深部穩定巖體的承載能力。

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Research on support technology for soft rock roadway under influence of sliding structure

Li Hongxing1，Liu Zhihong1，Xu Weiwei2，Li Xianzhen1，Liu Yuwei1，3
（1.Zhengzhou Coal Industry（Group）Co.，Ltd.，Zhengzhou，Henan 450042，China；2.National Institute for Occupational Safety，Chaoyang，Beijing 100029，China；3.School of Energy and Resource，Xi'an University of Science and Technology，Xi'an，Shaanxi 710054，China）

Based on the geological conditions of-20 level water sump and roadway support condition in Laojuntang Coal Mine，the paper analyzes the cause of roadway instability under the influence of sliding structure，and puts forward the combined support method of high-resistance yieldable fully-closed U-steel arch support，backfill grouting and anchorage structural compensation.Experiment result shows that this method has obtained good support effectiveness.

sliding structure，soft rock roadway，roadway support，combined support

TD353

A

李紅行 （1979-），男，河南靈寶人，工程師，碩士，2008年畢業于中國礦業大學 （北京）安全技術及工程專業，現工作于鄭煤集團生產技術部，從事生產技術管理工作。

（責任編輯 張毅玲）