斷層破碎帶段返修巷道支護關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計

摘 要：針對內(nèi)蒙古棋盤井的三號礦井南翼回風巷在過斷層破碎帶段時，遇到了巷道難穩(wěn)定、原有支護不足等難題，急待返修。故文章就該返修巷道采取噴漿封閉、充填注漿加固、錨桿以及頂幫預應(yīng)力錨桿支護和頂板錨索加強支護的復合支護關(guān)鍵技術(shù)，并優(yōu)化設(shè)計了巷道斷面形狀。最后通過現(xiàn)場礦壓監(jiān)測結(jié)果分析可知，該方法較好的維護巷道圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可有效地控制巷道變形，取得了較滿意的支護效果，值得借鑒和推廣。

關(guān)鍵詞：斷層破壞帶；返修巷道；支護關(guān)鍵技術(shù)；方案設(shè)計

引言

三號井隸屬于內(nèi)蒙古棋盤井礦業(yè)有限公司，該礦南翼回風巷在過斷層構(gòu)造的施工過程中，存在支護難度大、施工困難、巷道穩(wěn)定性差、圍巖變形大等問題，究其原因在于原有方案設(shè)計不合理。南翼回風巷原設(shè)計為矩形斷面，凈斷面尺寸為4.0m×3.0m，沿煤層頂板掘進，采用錨網(wǎng)支護結(jié)構(gòu)。其中南翼回風巷已進入斷層破碎帶二十多米，圍巖較破碎。后配合采用11號礦用工字鋼雙棚支架支護使用，巷道在掘進過程中仍出現(xiàn)大面積冒頂現(xiàn)象，型鋼支架上部存在嚴重的空頂現(xiàn)象，鑒于安全的因素巷道已經(jīng)被迫停工。基于以上原因需對巷道的掘進與支護方式進行優(yōu)化，保證該段巷道圍巖和支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[1-4]。

1 存在問題與支護關(guān)鍵技術(shù)

1.1 存在問題

針對三號井南翼回風巷已進入斷層破碎帶中頂板冒落較嚴重段，因巖石冒落在巷道上部會形成較大的空腔，其會顯著改變圍巖的應(yīng)力分布、降低巖體的承載能力，并造成圍巖的繼續(xù)破壞與冒落。

1.2 支護關(guān)鍵技術(shù)

基于以上問題，對返修巷道應(yīng)在掘進迎頭形成隔斷，并進行噴漿封閉，然后進行壁后充填注漿加固，并設(shè)法充填滿頂板冒頂形成的空頂空間，再采用錨桿以及頂幫預應(yīng)力錨桿支護和頂板錨索加強支護，并對巷道斷面形狀進行優(yōu)化設(shè)計，從而維護巷道圍巖整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，控制巷道變形。

2 已開挖段巷道支護技術(shù)方案及參數(shù)選取

已開挖巷道段采用的支護方案為雙排11#礦用工字鋼支架支護。上部巖體松散破碎，并且有很大的空腔，為了有效加固已開挖巷道段圍巖，加固技術(shù)方案確定為：充填注漿加固+頂幫錨網(wǎng)噴支護+頂板預應(yīng)力錨索加強支護。

2.1 充填注漿加固

由于已開挖巷道上部巖體比較松散破碎，并且形成很大的空腔，如果直接進行錨網(wǎng)支護，會降低錨桿在巖體中的錨固強度，甚至難以形成錨固結(jié)構(gòu)，不能充分發(fā)揮錨桿支護的作用。因此，需要首先對兩幫和頂板進行充填注漿加固。

兩幫注漿管使用Φ32mm焊接鋼管制作，規(guī)格為Φ32mm×1000mm，間排距1400mm×1200mm，采用風鉆打眼，孔徑Φ45mm，孔深2000mm左右。頂板采用Φ48mm焊接管制作，規(guī)格為Φ48mm×1000mm，間排距1400mm×1200mm，孔徑Φ60mm，孔深2000mm左右，在噴漿前預埋好即可。注漿管布置如圖1所示。

注漿采用單液水泥-水玻璃漿液，水泥使用32.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比控制在0.8～1.0左右，水玻璃的摻量為水泥用量的3%～5%。保證漿液結(jié)石率不低于92%，漿液固結(jié)體強度不低于20MPa，注漿壓力控制在2.0MPa以內(nèi)，保證噴層不發(fā)生開裂。

兩幫注漿自底角向上一次完成，而頂板注漿根據(jù)空頂高度的不同可分3個循環(huán)進行，第一循環(huán)控制在1.5m以內(nèi)，孔深控制在2.5m以內(nèi)，如該孔進入巖層1.0m以上，則不需進行第二循環(huán)注漿；第二循環(huán)控制在3.0m以內(nèi)，孔深控制在4.0m以內(nèi)，如該孔進入巖層1.0m以上，則不需進行第三循環(huán)注漿；第三循環(huán)要保證空頂區(qū)充填密實，孔深要求進入巖層1.0m以上。第二和第三循環(huán)的注漿孔均沿第一循環(huán)的注漿孔進行延深。

2.2 頂幫預應(yīng)力錨桿支護

充填注漿完成后，待漿液充填體達到規(guī)范要求強度（3d以上），即可進行頂板預應(yīng)力錨索加強支護和頂幫預應(yīng)力錨桿支護。

錨桿采用高性能螺紋鋼錨桿，規(guī)格為Φ20mm×2200mm，桿體采用直徑為20mm的左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼號BHRB500，桿尾螺紋為M22，間排距為800mm×600mm，錨桿孔直徑為Φ28mm，其采用1卷慢速M2350型和1卷中速Z2350型樹脂藥卷加長錨固，錨固力不低于120kN，預緊力矩不低于200Nom。

2.3 頂板錨索加強支護

錨索采用高強度低松弛預應(yīng)力鋼絞線制作，規(guī)格為Φ18.9mm，長度為8900mm；孔徑為Φ28mm；采用1卷中速Z2350和2卷慢速Z2350型樹脂藥卷加長錨固；其極限承載力為375kN，伸長率為7%；采用高強度可調(diào)心托盤（300mm×300mm×16mm）和專用錨具與設(shè)備進行張拉、固定和切割；錨索的預應(yīng)力不低于150kN，間排距為1600mm×1200mm。預應(yīng)力錨桿和預應(yīng)力錨索支護結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 現(xiàn)場礦壓監(jiān)測技術(shù)

依據(jù)本文的設(shè)計方案和支護參數(shù)，結(jié)合根據(jù)本礦區(qū)南翼回風返修巷道的特點，提出如下支護監(jiān)測方案主要包括以下幾方面：

（1）巷道表面位移量測。（2）錨桿（錨索）受力狀況監(jiān)測。（3）監(jiān)測數(shù)據(jù)處理、分析和反饋。

4 結(jié)束語

內(nèi)蒙古棋盤井礦業(yè)有限公司三號井南翼回風巷在施工過程中存在巷道穩(wěn)定性差等支護技術(shù)難題，提出了噴漿封閉設(shè)計思路，采用壁后充填注漿加固技術(shù)，最大程度的充滿填塞頂板離層空間區(qū)域，再采用“頂板錨索加強支護+頂幫預應(yīng)力錨桿支護”技術(shù)手段。通過在現(xiàn)場開展方案實施，對礦山壓力進行了實時監(jiān)測，為圍巖與支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)分析提供反饋信息。監(jiān)測結(jié)果表明本項目的優(yōu)化方案和參數(shù)設(shè)計較為合理，滿足了巷道正常使用要求，給礦區(qū)帶來了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益，具有參考價值。

參考文獻

[1]崔振文，竇海江，米新民.康家灘煤礦8#煤層錨索支護分析[J].煤礦現(xiàn)代化，2004，1：19-20.

[2]牛雙建，靖洪文，張忠宇，等.深部軟巖巷道圍巖穩(wěn)定控制技術(shù)研究及應(yīng)用[J].煤炭學報，2011，36（6）：914-920.

[3]周順華.軟弱地層淺埋暗挖施工中管棚法的棚架原理[J].巖石力學與工程學報，2005，24（14）：2565-2570.

[4]張日晨，梁占耀.保德煤礦巷道破碎帶圍巖控制效果的初步分析[J].中國煤炭，2006（32）3：38-40.

作者簡介：康占忠（1966-），男，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，工程師，1988年畢業(yè)于內(nèi)蒙古煤炭工業(yè)學校地下采煤專業(yè)（現(xiàn)內(nèi)蒙古科技大學煤炭學院），現(xiàn)任內(nèi)蒙古棋盤井礦業(yè)有限責任公司總工程師，三礦礦長。