軟弱破碎圍巖巷道錨桿支護技術研究與實踐分析

劉新元

摘 要：近些年來礦井在不斷深入挖掘的過程中，經常會遇到軟弱圍巖地段，在這個地段中普遍土質松軟，圍巖多為頁巖、泥巖及砂質泥巖，強度低、穩定性差、極易坍塌，并且遇水后容易整體變軟膨脹，如果在這個地段進行巷道施工，巷道會因為這樣的地質狀態隨時出現變形，增大維修頻次，增加維護成本及基建投入。錨桿支護技術是我國地下開采作業中常用的一種加固支護方式，其具有支護效果好、操作工序簡便，使用成本低等特點。本文對軟弱破碎圍巖巷道錨桿支護技術進行研究，并對其實際使用進行分析，以此來為今后礦井安全作業提供參考。

關鍵詞：圍巖巷道控制；錨桿支護技術；研究；實踐；分析

近些年我國地下煤礦資源使用量較大，導致當前淺層煤炭資源幾近于開采殆盡，促使大部分礦井逐漸轉向深部開采，而因為地下環境復雜，在礦井巷道施工過程中，經常因為圍巖變形等原因對巷道進行反復維修，尤其在軟弱圍巖地段巷道，維修次數更甚，無法保證巷道的利用率。為了永久解決此問題，我國近些年特別針對破碎巷道支護技術進行研究，并取得了相應成果，下面便對此技術進行詳細分析。

1 工程概況

1.1 基本地質概況

南方某煤礦年設計生產能力120萬噸，一般來說，南方礦的礦井運輸大巷一般部署在煤系地層底部茅口灰巖中，采區巷道從運輸大巷開始垂直煤系向頂部掘進，而煤巷和機巷一般在煤層與采區巷道交匯處沿煤層頂板掘進，巷道變形多發生在采區運輸巷道中，多施工長錨桿及錨索；而煤巷使用壽命不長，其變形處理多采用短錨桿支護。所以，不同用途的巷道變形處理方式應不同。在本礦井中，采區運輸巷道周圍幾乎都為不穩定圍巖，并且巖層結構分層嚴重，裂縫持續發育，單軸的抗壓強度僅為10.20MPa左右，必須進行對頂板巖層進行支護。并在支護過程中特別注意煤層底板中水層的發育，防止出現巖層遇水膨脹問題將支護措施沖擊變形。

1.2 目前采區運輸巷道礦壓特征

本礦井的采區運輸巷道頂板位置巖層普遍分層明顯，并且兩側巖體的結構均呈現發育狀，強度不均衡，綜合要低于頂底板強度。采區運輸巷道頂板有彎曲變形的趨勢，這樣的變形會直接導致巷道頂板大幅度下沉、破損、多層分類等問題。同時結構面還在隨著底層變化不斷發育，很容易形成垮幫、片幫現象，并且頂板巖層彎曲程度加大，會增加兩幫頂角部分的應力集中程度，壓碎力度更大，片幫問題、垮幫問題會更加嚴重，致使頂板支撐作用力下降，頂板巖層進一步彎曲變形，形成惡性循環。

2 支護設計及參數選擇

2.1 設計依據

根據巷道頂部掘進中出現不同程度的位移、底鼓，結合鉆孔取芯和補打12.5m錨索時出現較大淋水、塌孔等特征可以確定，此部位符合軟巖巷道穩定性差、變形量大、變形速度快、風化、底鼓及遇水膨脹等基本特征。

軟巖巷道變形破壞的一般規律為：巷道地壓隨埋藏深度變化明顯，巷道四周來壓，底鼓明顯，變形壓力遠大于松散壓力。因此軟巖的底板管理非常重要，現場的經驗是“治幫先治底，治底先治水”。且任何一種支護形式，在松軟巖層條件下，都必須采用以柔克剛，先柔后剛的支護方法才能取得應用的效果。總之，采用加密加長錨索或重新刷大巷道至掘進斷面并澆筑鋼筋混凝土效果不明顯，有效的處理方案是先進行注漿加固，漿液能夠在圍巖中流動滲透到一定的范圍，然后進行錨索支護。注漿后能明顯地提高圍巖的強度和整體承載能力。

2.2 加固方案

注漿一錨索支護：采用人工鑿除已開裂擠出的混凝土或噴混凝土體，并噴混凝土封閉所有裂縫，淺孔中壓注漿配合強力錨索加固。

2.3 注漿加固參數

注漿孔間排距：間距2000mm，排距3000mm，淺孔深孔穿插布置，根據巷道破壞程度及裂隙發育情況進行調整。

注漿孔深：淺孔注漿深度5m，深孔注漿深度20m，頂孔以進入煤層頂板8m為準。

注漿壓力：淺孔2-3MPa，深孔4-6MPa。

注漿材料：淺孔注漿采用525普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比0.5：1；深孔注漿添加XPM納米灌注劑以降低水灰比，同時可使水泥強度達69.3MPa，XPM添加量應為水泥質量的6%-7%，配合比為XPM：水泥：水=1：15：7.5；封孔用水泥-水玻璃雙漿液，漿液水灰比1：0.4。

注漿順序：淺孔、深孔分開施工，并分別隔排交叉注漿，注漿時先淺孔后深孔、由下向上按順序完成。

2.4 錨索參數

錨索規格：采用918.9mm×15.3m高強度低松弛鋼絞線錨索，配300mm×300mm×16mm高強托盤（附帶調心球墊），承載力不低于250kN。

錨固方式：全長錨固錨索，其中端頭采用樹脂藥卷錨固，1支K2335藥卷，2支Z2360藥卷，其余部分采用水泥漿錨固。

3 實踐結果及分析

為全面掌握注漿與錨索聯合支護后巷道圍巖變形、錨索受力及支護效果，進行了巷道圍巖變形與錨索受力監測。

3.1 錨索受力

巷道頂板錨索安裝半天后，最大載荷達到要求；2d后頂板錨索載荷達到設計載荷；錨索載荷增長速度較快，說明能迅速承載，抵抗變形壓力，控制圍巖變形，7d后錨索荷載趨于平穩。施工中錨索未出現拉斷破壞現象，說明其所受載荷未達到錨索極限載荷，選用錨索力學參數合理。

3.2 圍巖表面位移

從頂板變形速度與時間關系來看，頂板圍巖變形大體可分為3個階段：第一階段變形速度快，變形量大；第二階段變形速度處于下降調整期，此時錨索工作阻力不斷提高，抵抗圍巖的變形壓力；第三階段為變形速度處于下降穩定期，此時錨索錨固力與圍巖變形壓力處于平衡狀態。

從頂板表面位移看，前2d變形量較大，后期變形在7d內結束，頂板表面總位移2-3mm。

兩幫表面總位移量為1-2mm，變形速度與時間關系基本上與頂板相同。這是因為頂板變形控制較好，減輕了兩幫所受的載荷，而且兩幫錨索支護參數選擇合理，能有效地控制兩幫位移。

4 經濟對比分析

在軟弱破碎圍巖巷道中使用常規錨桿支護技術也可以解決巷道頻繁維修問題，但相比之下使用本工程中采用的方法，整體錨桿支護會更加牢固，在不發生特殊地質變化時，一般可以一直保證巷道完整性，在很大程度上節約了巷道維修的資金投入，增加了礦井的整體經濟收益，對今后煤礦礦井安全作業，煤礦開采可持續發展起到了極大促進作用。

結束語

綜上所述，針對當前礦井巷道施工中遇到的軟弱圍巖地段問題，可以根據不同的地質特征，不同的巷道修建情況，使用不同的支護技術，比如巷道中如果遇水或者出現高地應力膨脹變形現象，為了避免出現巷道重復修繕，可以采用錨桿支護保證支護體系的穩固性，以此來減少施工資金投入，促進礦井作業順利進行。

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