聯合支護技術在高埋深大斷面巖巷中的應用

呂冬超 張鵬

摘 要：新鄉能源有限公司趙固二礦底板措施巷及其周邊的膠帶運輸大巷均處在復雜的高埋深高應力環境中，圍巖強度差，采用錨網索+36U鋼棚支護難以控制圍巖的變形。采用工程類比方法，提出對底板措施巷聯合支護技術，即錨網索一次支護，緊跟迎頭36U鋼棚二次支護并噴砼封閉圍巖，滯后對圍巖進行注漿?，F場實踐證明，支護后90d，圍巖兩幫收縮最大變形不超過50mm，變形速率接近0，減少了礦井巷道的失修率，取得了較好的效果。

關鍵詞：高埋深；大斷面；聯合支護技術

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2017）03-0092-02

Abstract： The floor measures roadway and its surrounding belt conveyor roadway of Zhaogu No.2 coal mine of Xinxiang energy Co. Ltd. are in complex high depth and high stress environment， the strength of surrounding rock is poor， it is difficult to control the deformation of surrounding rock by using anchor wire rope +36 U steel shed support. Based on the engineering analogy method， this paper put forward the combined support technology of the floor measures roadway， namely a supporting anchor wire rope， followed head-on 36 U steel shed supporting and secondary spray concrete closed rock， lag of surrounding rock grouting. Field practice proved that support after 90 days， the biggest contraction deformation of the two sides of surrounding rock was less than 50 mm， the deformation rate was close to zero， reduced the rate of disrepair of mine roadway and achieved good effect.

Keywords： high depth；large section；combined support technology

隨著開采深度的不斷增加，礦壓現象逐漸明顯。尤其在大斷面巖巷掘進中，由于斷面大，相應壓力更加明顯，給巷道支護帶來了很大的困難，同時制約了掘進速度，也提高了成本[1]。因此，采用先進的支護技術，是實現控制高埋深大斷面巖巷圍巖穩定的重要手段。

1 工程概況

以河南能源化工集團焦作煤業（集團）新鄉能源有限公司趙固二礦底板措施巷為例，底板措施巷掘進地層位于二疊系下統山西組下部砂質泥巖、泥巖層段。經已掘巷道和鉆探工程揭露此巷道隔水層薄弱，頂底板較破碎，而且受地壓、地質條件影響，易發生頂板下沉、底板鼓起、兩幫擠出等現象。底板措施巷為直墻半圓拱型，掘進巷寬5 320mm，掘進巷高4 210mm，掘進面積為19.36m2。

2 圍巖失穩機理及控制技術

巷道圍巖的穩定取決于地質力學環境、圍巖強度及巷道支護方法等[2]，根據上述分析，認為底板措施巷變形破壞機理如下。

2.1 圍巖整體性差

底板措施巷圍巖多為泥巖、砂質泥巖，從膠帶運輸大巷已掘巷道和探孔巖性看，主要由泥巖、砂質泥巖類組成，整體性差，易于風化，裂隙發育，圍巖破碎，自穩能力差。受水的影響大，經水作用后，圍巖膨脹，強度急劇降低，失去了承載能力。

2.2 圍巖流變性強

底板措施巷圍巖多為軟弱的泥巖、砂質泥巖，在高應力作用下，會以較大的速率發生變形；膠帶運輸大巷的變形監測也說明了這一點，支護后150d兩幫變形達到564mm，頂底板變形達到461mm，變形速率為3.4mm/d，進入變形加速階段。

2.3 原支護系統強度低

根據現場考察，膠帶運輸大巷雖然采用高強度錨桿及錨索，但巷道圍巖可錨性差，圍巖表面在未進行噴漿、架棚支護之前多已經風化，造成錨桿、錨索作用失效。

2.4 施工工藝有待改進

膠帶運輸大巷采用二次支護，由于圍巖物理力學性能較差，在下一工序之前，表層圍巖即開始風化，造成一次支護失效，二次U鋼棚支護變形較大。

根據上述分析，圍巖破碎、巖性差、圍巖流變及支護方法不合理是膠帶運輸大巷變形破壞嚴重的主要因素。

3 支護方案

3.1 膠帶運輸大巷支護方案

3.1.1 一次支護采用錨網索支護。錨桿規格為φ20mm×3 200mm，間排距800mm×800mm，錨固長度不小于1 000mm。錨桿錨固力不低于100kN，錨桿螺帽扭矩力不小于150N·m。

錨索規格為φ21.6mm×6 250mm，錨索間排距1 600mm×800mm，按“五二五”方式進行布置，即第1排打設5根錨索，第2排打設2根錨索，錨索排距為800mm，依次交替前進。錨固長度不小于2 000mm，錨索預應力不小于150kN，油泵壓力表讀數必須達到38.5MPa。

3.1.2 二次支護采用36U鋼棚+噴砼支護。36U鋼棚全寬4 780mm，全高4 750mm，支護后寬×高=4 500mm×3 620mm，架設單棚，間距為中對中500mm，底拱下鋪設金屬網，噴砼厚度140mm，強度為C25。

3.2 底板措施巷支護方案

如圖1所示，在膠帶運輸大巷支護方案的基礎上，增加壁后注漿施工工藝。二次支護圍巖經過一段時間的變形與卸壓后，對注漿孔進行封孔與注漿。

注漿使用φ32mm×2 000mm的注漿管進行注漿。注漿孔規格為φ42mm×2 500mm，間排距1.8m×1.8m，底腳注漿管距離底板不大于400mm，每排布置5個孔。注漿孔角度為兩底角下扎30°～45°，其余與巖面角度不小于75°。注漿管外露長度不大于50mm。

注漿材料采用PO32.5普通硅酸鹽水泥配制而成，水灰比為0.6～0.8（質量比），注漿壓力到3～4Mpa即可。注漿設備為QBZ-50型風動注漿泵。

4 支護效果檢驗

檢驗方法采用十字交叉法礦壓觀測，觀測底板措施巷長約40m，分別布置3個圍巖移近量測點，間距10m。礦壓觀測結果如下：進行3個月的礦壓觀測，以測點1為例，觀測結果趨勢圖如圖2所示。

從巷道圍巖移近量～時間關系曲線可以看出：底板措施巷初期變形量較大，經過40d后，圍巖基本穩定；60d后變形速率趨于0；3個月后兩幫移近量，第一測點45mm，第二測點43mm，第三測點39mm；頂底板移近量，第一測點47mm，第二測點43mm，第三測點46mm。

5 結論

①圍巖破碎、巖性差、圍巖流變及支護方法不合理是巷道圍巖變形破壞嚴重的主要因素。

②采用“錨網索一次支護、36U鋼棚+噴砼+壁后注漿二次支護”技術，能夠使巷道圍巖強度和承載能力得到顯著提高，巷道變形量明顯減少，是一種非常好的主動支護形式，可以較好地解決高埋深軟巖巷道的支護問題。

③現場礦壓觀測表明，所采用的支護方案取得了較好的效果。

參考文獻：

[1]姚艷斌.錨網索噴支護在深部大斷面巖巷施工中的應用[J].煤炭技術，2009（5）：71-72.

[2]常建新，張雙全.復雜應力區大斷面硐室圍巖流變控制技術研究[J].中州煤炭，2016（3）：60-62，65.