深部動(dòng)壓軟巖巷道修復(fù)實(shí)踐與應(yīng)用

王曉輝

摘要：范各莊礦業(yè)分公司3200副石門，巷道受采動(dòng)壓力影響頻繁，變形破壞嚴(yán)重，對(duì)礦井安全生產(chǎn)造成很大威脅。文中詳盡分析應(yīng)力集中區(qū)軟巖巷道變形原因，通過論證，采用成熟錨注支護(hù)技術(shù)對(duì)失修巷道進(jìn)行治理，取得較好效果。

關(guān)鍵詞：深部動(dòng)壓軟巖巷道 ?錨注技術(shù) ?實(shí)踐

1 工程概況

開灤范各莊礦3200副石門承擔(dān)三水平南二采區(qū)行人、輔助運(yùn)輸與通風(fēng)功能，服務(wù)年限長(zhǎng)。巷道自三水平運(yùn)輸大巷開口，巷道埋深650m，依次揭露與穿過12、11、9、8、7、5煤層，巷道標(biāo)高-620m。該采區(qū)自上而下已采8煤層，計(jì)12個(gè)工作面，受深部壓力、采動(dòng)與兩側(cè)煤柱集中壓力影響，整個(gè)巷道受損變形嚴(yán)重。尤其11煤層及其底板高嶺土層地段巷道，更易變形破壞。該巷道每年都需要重新修復(fù)，不僅耗費(fèi)大量人力、物力與財(cái)力，也給礦井安全生產(chǎn)造成了很多威脅。

2 巷道狀況分析

3200副石門原設(shè)計(jì)采用25U，10.4m2金屬支架支護(hù)，受工作面采動(dòng)壓力影響明顯，且位于煤層和軟巖地段內(nèi)。修復(fù)前，巷道圍巖與拱形支架變形嚴(yán)重，有劈幫、巷頂冒落現(xiàn)象，巷道斷面縮減至2500mm*2000mm。特別是11煤層底板高嶺土層，膨脹風(fēng)化變形較大，至使巷道底鼓嚴(yán)重，巷道平均底鼓1600mm。

3 巷道巖性與力學(xué)分析

3.1 地質(zhì)條件：巷道在施工過程中，共揭露5條斷層，落差分別為1.5m、2.0m、2.0m、1.5m和1.0m，斷層附近，巖層破碎，且?guī)r層產(chǎn)狀發(fā)生變化，煤巖層傾角有變大趨勢(shì)。

3.2 軟巖：11煤層底板存在2.8m的高嶺土成分的細(xì)砂巖，易風(fēng)化，遇水膨脹，在巷道里揭露18.8m，將會(huì)給巷道維護(hù)帶來困難。

3.3 采動(dòng)影響：受7、8、9煤層采掘活動(dòng)影響，兩翼開采，工作面安排比較集中，巷道位于煤層停采區(qū)域邊緣，為近距離煤層群開采應(yīng)力集中區(qū)，巷道受多次采動(dòng)動(dòng)壓影響。

3.4 巷道圍巖復(fù)雜條件：該段巷道為穿層巷道，巷道標(biāo)高-620m，由東向西依次穿過12、11、9、8、7、6、5煤層。巖層傾角8-22度，巖性差，承載能力低。

3.5 巷道支護(hù)強(qiáng)度偏低：3200副石門采用25U金屬拱形支架支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度選擇偏低。金屬拱形支架屬于被動(dòng)支護(hù)，承載強(qiáng)度低、承載慢，不能及時(shí)發(fā)揮支承能力。

4 實(shí)施方案

4.1 巷道圍巖應(yīng)力場(chǎng)形成與相互作用。巷道圍巖開挖后，就立即實(shí)施采掘活動(dòng)，原巖應(yīng)力場(chǎng)、采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)與支護(hù)應(yīng)力場(chǎng)，構(gòu)成煤礦井下綜合應(yīng)力場(chǎng)。三種應(yīng)力場(chǎng)相互作用，原巖應(yīng)力越高，應(yīng)力差異越大，采動(dòng)影響越強(qiáng)烈，集中應(yīng)力就越高，因此對(duì)支護(hù)系統(tǒng)要求就更高。支護(hù)形式與參數(shù)選擇不合理，可能引起支護(hù)體受力過大而失效，支護(hù)應(yīng)力場(chǎng)喪失。

4.2 支護(hù)方案確定。3200副石門主要承受工作面采動(dòng)動(dòng)壓、巷道兩側(cè)煤柱集中壓力與其疊加壓力。受其影響，導(dǎo)致巷道圍巖應(yīng)力多次重新分布。如果所選擇巷道支護(hù)方式，不能適應(yīng)開采活動(dòng)影響帶來的應(yīng)力變化，或者沒及時(shí)采取相應(yīng)加固補(bǔ)救措施，則巷道圍巖松動(dòng)失穩(wěn)，斷面變形，影響巷道正常安全使用。為解決巷道支護(hù)難題，應(yīng)用成熟錨注技術(shù)修復(fù)，取得了顯著成效。

4.3支護(hù)方案可行性論證。針對(duì)范各莊礦3200石門實(shí)際條件以及巷道變形顯現(xiàn)規(guī)律，采用的支護(hù)技術(shù)是一個(gè)多層次、多結(jié)構(gòu)和多單元綜合容錯(cuò)的（強(qiáng)強(qiáng)相容、短弱相長(zhǎng)）支護(hù)體系，其主要原理是軟巖巖石力學(xué)及錨注支護(hù)和注漿加固機(jī)理。其基本架構(gòu)是：①對(duì)部分軟弱巖體，特別是關(guān)鍵部位的極軟弱巖體（高嶺土）進(jìn)行合理置換和保證施工斷面大于設(shè)計(jì)斷面，施行預(yù)控技術(shù)環(huán)節(jié)，保證動(dòng)態(tài)支護(hù)有一定的空間。②以多層次鋼絲繩為徑骨的多噴漿層、高度密貼巖面的強(qiáng)韌封層結(jié)構(gòu)為止?jié){墊和第一支護(hù)單元的強(qiáng)有力的抗體，明確強(qiáng)調(diào)各層次噴層厚度。③在巷道關(guān)鍵部位（巷道底角）開挖大卸壓槽，達(dá)到釋放圍巖內(nèi)應(yīng)力和拓展巖體內(nèi)裂隙，為緩釋圍巖體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)應(yīng)力和注漿漿液疏通路徑起到相得益彰的成效。④掌控穩(wěn)壓狀態(tài)下向巖體內(nèi)預(yù)注漿、注漿、復(fù)注漿，將高強(qiáng)度水泥漿液反復(fù)注進(jìn)圍巖體內(nèi)，固結(jié)巖體，將松散軟弱的巖煤體膠結(jié)成整體，改變了圍巖的力學(xué)狀態(tài)，增加了圍巖抗壓、抗拉及抗剪強(qiáng)度，并使原端錨錨桿變成全長(zhǎng)錨固，持續(xù)提升巷道圍巖強(qiáng)度。⑤在主動(dòng)支護(hù)理念指導(dǎo)和全程監(jiān)測(cè)監(jiān)控下，以不斷調(diào)整壓力的恰當(dāng)注漿技術(shù)，在巖體內(nèi)留置預(yù)應(yīng)力、緩釋迭加應(yīng)力。⑥通過多層次錨桿、注漿錨桿和注漿膠結(jié)后的圍巖，實(shí)現(xiàn)以圍巖為支護(hù)依托和參與體，達(dá)到重造組合體的動(dòng)態(tài)支護(hù)體系，以提高圍巖自身強(qiáng)度和承載能力。⑦在全程監(jiān)測(cè)監(jiān)控下，精準(zhǔn)掌控巷道變化狀態(tài)，適時(shí)采取不斷補(bǔ)強(qiáng)措施，不斷恢復(fù)和提升支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作阻力，保持巷道支護(hù)長(zhǎng)期穩(wěn)定。

4.4 支護(hù)材料選取。錨注支護(hù)所用材料主要包括：錨桿、注漿錨桿、鋼絲繩、鋼筋網(wǎng)、樹脂錨固劑、水泥、自然陶粒土等。

4.4.1 錨桿。錨桿規(guī)格為ф20，長(zhǎng)度2000mm的右旋無縱筋等強(qiáng)螺紋鋼樹脂錨桿，間排距800×800mm，每孔用2卷樹脂錨固劑。初噴層，二噴層，三噴層全部為錨桿鋼絲繩組合，底角錨桿與底板成不小于45°夾角。

4.4.2 注漿錨桿。注漿錨桿采用“自固自封內(nèi)自閉新型注漿錨桿”，規(guī)格為ф22×2000mm。巷道全斷面布置注漿管，間排距1400×1400mm。二次注漿時(shí)，注漿管規(guī)格為ф22×2600mm，間排距1800×1800mm。注漿錨桿孔深1800-2400mm，剩余600mm為裸注孔。

4.4.3 鋼絲繩。采用礦用5-7分廢舊鋼絲繩之中的兩股為一根，縱向長(zhǎng)度不小于10m，橫向以巷道輪廓長(zhǎng)度為準(zhǔn)，鋼絲繩間距：800mm×800mm，搭接長(zhǎng)度為500mm。

4.4.4 噴漿。噴漿采用P.S 42.5R的礦渣硅酸鹽水泥和自燃陶粒土，水泥：自燃陶粒土為1：3，速凝劑摻入量為水泥用量的3-6%，噴層厚度240mm，初噴厚度80mm，二噴層厚度100mm，三噴層厚度60mm，強(qiáng)底不小于C20。

4.4.5 網(wǎng)片。網(wǎng)片為ф6鋼筋加工焊接而成，網(wǎng)格150×150mm，規(guī)格1500×1200mm。

4.4.6 注漿。注漿水泥采用P.O 42.5R的普通硅酸鹽水泥，除有淋水外一般不加速速凝劑，以確保漿液凝固后的長(zhǎng)期強(qiáng)度。第一次注漿漿液配比取1：0.6～0.8;第二次注漿漿液配，應(yīng)略小于一次注漿漿液濃度;取1：0.8～1.0，注漿壓力1.5～3.0MPa，底腳注漿壓力可大些，但最大為3MPa。注入量：每孔水泥量約為150～250kg。

注漿時(shí)間，為防止?jié){液在弱面擴(kuò)散較遠(yuǎn)，造成跑漿現(xiàn)象，在控制注漿壓力和注漿量的同時(shí)，必須控制注漿時(shí)間，使其不宜過長(zhǎng)。一般單孔注漿時(shí)間20～30分鐘。

4.4.7 泄壓槽。泄壓槽斷面尺寸為：在巷道兩幫墻角，寬×深; 1200～800mm（水溝一側(cè)），另一側(cè)1000×600mm。泄壓槽開挖時(shí)間：穩(wěn)定圍巖狀況下必須在強(qiáng)韌封層的第三個(gè)層次支護(hù)完成后開挖。在不穩(wěn)定圍巖狀況下，支護(hù)必須在強(qiáng)韌封層的第四個(gè)層次支護(hù)完成后開挖。穩(wěn)定圍巖泄壓時(shí)間8～15天，不穩(wěn)定圍巖泄壓時(shí)間5～8天，泥化流變狀態(tài)下圍巖泄壓時(shí)間1～2天，主要是根據(jù)圍巖層理整體性、破碎、泥化狀況確定。泄壓槽的回填采用噴漿回彈料即可，特殊地段可澆灌混凝土。

4.5 巷道位移監(jiān)測(cè)及應(yīng)用效果。礦壓監(jiān)測(cè)是整個(gè)支護(hù)過程中不可或缺的環(huán)節(jié)，監(jiān)測(cè)圍巖位移與支護(hù)體受力，對(duì)其支護(hù)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，是驗(yàn)證其支護(hù)效果的重要依據(jù)。

4.5.1 礦壓監(jiān)測(cè)。巷道監(jiān)測(cè)采用十字測(cè)點(diǎn)方法。每組4個(gè)點(diǎn)，每15米一組，初期，每天監(jiān)測(cè)一次，一周后，每周監(jiān)測(cè)2次，1個(gè)月后，每周監(jiān)測(cè)1次。主要監(jiān)測(cè)兩幫位移量、頂板下沉量、底鼓量。當(dāng)巷道表面開裂或兩幫收斂數(shù)值超過20mm時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行注漿加固。

4.5.2 效果檢驗(yàn)。施工期間觀測(cè)結(jié)果表明：巷道頂板下沉量最大72mm，最小18mm。兩幫相對(duì)移近量最大210mm，最小82mm，平均146mm。

5 實(shí)施效果與展望

①通過3200石門軟巖巷道進(jìn)行錨注修復(fù)，未發(fā)現(xiàn)修復(fù)巷道噴體有明顯的開裂和變形破壞現(xiàn)象，全部達(dá)到了設(shè)計(jì)施工斷面的標(biāo)準(zhǔn)，僅有局部地點(diǎn)有少量底鼓，但并不影響巷道的運(yùn)輸、通風(fēng)和安全使用。②通過錨注支護(hù)修復(fù)，發(fā)揮錨桿加固層和注漿加固層的雙重支護(hù)作用，提高圍巖自身強(qiáng)度，可使巷道支護(hù)穩(wěn)定、堅(jiān)固，承載和抗動(dòng)壓能力滿足生產(chǎn)要求。③采用錨注加固形成一套圍巖強(qiáng)韌封層創(chuàng)新支護(hù)體系，減少了巷道修復(fù)次數(shù)降低巷道后期維修成本。

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