城郊煤礦巖巷預留變形量讓壓工程應用研究

摘 要：我國是發展中國家，正處于國民經濟高速持續發展時期，依靠國外的能源保障和礦產資源的持續供應是不可想象的，且淺部資源的開發已接近尾聲。因此，深部資源的開發和利用不僅是必然的世界性的發展趨勢，而且將成為21世紀我國最經濟、最有效的能源和礦產資源保障措施。但是目前煤礦所遇到的問題很多：例如：主要開拓及采準巷道支護困難、巷道返修率高；永久性巷道支護后存在片幫、底鼓等現象，需要多次維護與加固，維護工作量大，支護成本高等等問題。若采用傳統的支護方式，造成施工進度慢，進而影響全礦井的采掘接替。

關鍵詞：預留變形量讓壓局部二次補強技術；方案；實踐；研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.073

1 引言

城郊煤礦是河南能源永煤公司建設的第三對現代化大型礦井。礦井于1999年12月29日開工建設，2003年10月11日竣工投產，核定生產能力500萬噸/年。目前因受大采深、高地應力等特殊的地質采礦條件，決定城郊煤礦巷道支護特別困難。在城郊礦巖石巷道掘進中表現出巷道礦壓顯現劇烈，傳統的錨網支護不能有效控制巷道圍巖變形。因此，城郊煤礦深部巷道圍巖的合理、穩定控制是目前生產中所面臨的等待解決的首要問題。深部圍巖巷道有效控制的實用工藝技術國內外極少，為此本文通過實踐研究深部圍巖預留變形量讓壓局部二次補強支護技術，該技術不僅能有效解決城郊礦區復雜條件開掘巷道的一系列問題，而且對于我國煤礦生產的可持續發展等具有較強的經濟和現實意義，希望對有這方面研究的學者提供一些幫助。

2 實驗研究

2.1 實驗場地及現場狀況

本文以城郊礦二水平南翼軌道大巷Ⅱ為典型實例，對軟巖巷道破壞原因、控制技術和支護對策進行了研究，依據理論分析和現場實測的手段，研究和分析預留變形量讓壓局部二次補強技術對實操帶來的便利性。

城郊礦二水平南翼軌道大巷Ⅱ在二水平南翼軌道大巷中SYG16點位置沿232°方位角開口施工。變形嚴重區域巷道距撥門處約368m，斷層面有淋水現象，變形嚴重巷道段位于二2煤頂板泥巖中，巷道揭露巖性主要為泥巖、砂質泥巖。該巷道掘進期間主要充水水源為煤層頂底板砂巖裂隙水，主要以滴淋水形式出現，對掘進有影響。原始支護方式未考慮預留變形量讓壓支護工藝，故巷道支護效果不佳。

2.2 鉆孔窺視現場測試方案

頂部采用錨索機鉆孔，鉆孔直徑32mm，鉆孔設計深度10m，每斷面施工3個鉆孔，鉆孔位置分別為頂板中部和左右兩拱肩。窺視孔布置如圖1所示。

2.3 巷道圍巖窺視結果分析

城郊礦南翼軌道大巷Ⅱ變形嚴重區段由于受到滲流水、斷層破碎帶的影響，造成巷道圍巖泥化，導致巷道一定范圍內的圍巖體喪失承載能力，因此，通過測定圍巖松散破碎圈的大小，可以為確定合理的承載拱厚度提供依據，指導后續的注漿支護工作。現場僅正頂3孔可進行有效窺視，現對3孔實際窺視情況進行分析。

1號鉆孔實際窺視深度9m，巷道壁后2.5m范圍內的圍巖破碎、破壞較為嚴重。2.5m-5m范圍內圍巖較完整，但存在多段弱面夾層，部分泥化，5m-7.8m范圍內圍巖軸向、徑向裂隙交錯發育，局部段中等破碎，7.8m-9m范圍內，圍巖較完整。

2號鉆孔實際窺視深度3m，注漿深度3m，巷道壁后0-1.3m范圍內，圍巖泥化松散，1.3m-2.7m范圍內，可見漿液膠結松散巖體，2.7m以外又見圍巖呈泥化松散狀，堵塞鉆孔，無法進行進一步窺視。

3號孔實際窺視深度5.8m，巷道壁后0-2m范圍內的圍巖破碎、破壞較為嚴重。2m-5.3m范圍內圍巖完整，但可見局部裂隙發育，5.3m-5.7m范圍內圍巖巖性逐漸惡化，5.7m以外圍巖出現松散破碎泥化現象，堵塞鉆孔。

2.4 結論

（1）從監測鉆孔內最大破壞深度看，巷道圍巖最大破壞深度達到7.8m，隨著鉆孔深度增加，圍巖破壞情況呈現先趨向緩和，后逐漸惡化的特點。

（2）巷道幫部鉆孔成孔后淋水嚴重，無法進行窺視，表明幫部圍巖裂隙已成為主要導水通道，受滲流水侵害嚴重，為支護關鍵部位。

（3）距交叉點28m處為圍巖較穩定地段，對此位置的3號頂板鉆孔進行窺視，發現在巷道壁后5.8m處出現泥化松散帶，圍巖破壞特征依然明顯，說明滲流水對巷道侵害范圍大。

（4）從2號頂板鉆孔的窺視情況看，所窺視的3m范圍內均為泥化松散巖體，前期注化學漿加固后，漿液擴散范圍有限，注漿效果不佳，無法保證注漿范圍內的松散巖體有效膠結。

3 城郊礦圍巖預留變形量讓壓局部二次補強技術

針對巷道的破壞原因及程度研究預留變形量讓壓局部二次補強支護技術。采用炮掘掘進時，實現該技術的關鍵是控制好光面爆破施工工藝，保證巷道快速成型。

3.1 先噴后錨承載拱構建工藝

光面爆破施工完畢出矸后，巷道幫部先初噴一層混凝土再施工幫部錨桿，然后掛網、安裝托盤。巷道沿掘進方向在巷道正頂、兩肩及兩幫施工7根錨索加強支護。

3.2 讓壓局部二次補強支護

預留變形量錨網索支護后不應立即噴漿覆蓋，使巷道釋放應力，充分達到讓壓目的。待巷道讓壓變形穩定后，進行局部二次補強支護，全斷面一次復噴成巷，避免了兩層皮，有利于提高噴射砼的強度。

結合城郊煤礦南翼軌道大巷Ⅱ實際工程地質特點及相關錨桿支護理論，對錨桿、錨網的支護參數進行了選擇，即預留變形量光爆+初噴+錨網索+釋放應力后局部錨網索二次補強+二次復噴”施工工藝。先噴后錨充分讓壓后，局部補強加固后復噴成巷，最大限度提高承載拱支護強度，并通過后期補強支護，提高支護結構與圍巖的承載力，保持巷道長期穩定。

4 工程實踐及試驗效果分析endprint

南翼軌道大巷Ⅱ支護技術嚴格執行“先初噴、后錨網、滯后讓壓、二次補強、最后復噴”的預留變形量讓壓局部二次補強支護技術前提下，再次對巷道錨網索強化支護方案進行設計細化，考慮到斷層地質構造帶巷道變形破壞、淋水較為嚴重，建議在巷道幫部建立橫向錨索桁架結構進行補強，并對巷道頂部進行注漿固化，將錨固力傳遞到穩定圍巖區域。

4.1 試驗巷道支護方案設計

（1）構造區短距離掩護注漿。由于地質構造區域圍巖十分破碎，為保障巷道施工安全，根據頂板穩定性以及淋水等情況如有必要則采取短距離循環掩護注化學漿，在化學漿固結淺部圍巖的掩護下進行巷道施工。注漿孔布置：在迎頭頂板施工鉆孔，鉆孔傾角60°，鉆孔間距為1.2m，共計5個鉆孔。超前水平控制范圍為3m，注漿后巷道掘進進尺2m，開始下一個循環。

（2）頂部錨桿、關鍵部位錨索支護。在淺孔充填注漿結束后，必須采用Φ20×2500mm錨桿對頂板進行支護。在巷道頂區布置3套頂部錨索，錨索間距1400mm，采用兩卷MSK2335和兩卷MSZ2335型樹脂藥卷錨固，預緊力不小于100kN；錨桿托盤規格200×200mm，厚度10mm，布置1.7×0.9m冷軋帶肋鋼筋電弧焊接金屬網，提高錨桿整體作用效果。

（3）底板錨桿、錨索注漿方案。在巷道底板布置3套Φ18.9mm

×6000mm底板注漿錨索，錨索間距2100mm，注漿后預緊力應達到150kN，并且間隔布置Φ24×2600mm注漿高強度錨桿。

（4）復噴混凝土。巷道圍巖加強支護并充分讓壓后應進行復噴混凝土，噴層厚度50mm，噴層可以有效防止錨桿、錨索銹蝕，提高巷道圍巖承載拱強度。

4.2 試驗巷道礦壓觀測及分析

（1）觀測內容。為了觀測預留變形量讓壓局部二次補強支護技術的錨網索支護效果，研究支護參數的現實合理性，現場設置了8個位移觀測站，每個觀測站按十字布點法布置，監測巷道表面位移，判斷圍巖運動情況。

（2）測站布置方案。在二水平南翼軌道大巷Ⅱ錨桿支護巷道表面位移收斂采用專用螺母鉤短錨桿設備進行觀測。表面位移收斂觀測采用十字斷面法，在選擇合適的測點后，于巷道兩幫及頂底板各安裝一根長度為500mm的短錨桿，螺母采用普通螺母加工成的螺母鉤安裝。

（3）礦壓觀測分析。對巷道表面位移規律的分析主要針對頂底板位移變化量、兩幫位移變化量。通過近兩個月的礦壓觀測，城郊煤礦南翼軌道大巷Ⅱ8個測點處的兩幫位移變化實測規律如圖2所示。

（4） 頂底板位移量變化規律。通過近兩個月的礦壓觀測，城郊煤礦南翼軌道大巷Ⅱ8個測點處的頂底板位移變化實測規律如圖3所示。

由圖2、圖3可以看出，采用預留變形量讓壓局部二次補強錨網索聯合承載拱支護技術后，圍巖的變形過程平緩，并逐漸趨于穩定。巷道與1#聯巷交叉點最大跨度處，3#觀測點表面位移較大，頂底板位移量最大值為62mm，兩幫位移量最大值為26mm，4#觀測點頂底板位移量為40mm，兩幫位移量為25mm，巷道聯巷較遠的8#測點表面位移量較小或無位移，巷道整體呈現為穩定狀態。

（5）支護效果。城郊礦南翼軌道大巷Ⅱ地質條件較復雜，斷層發育，地壓較大，采用預留變形量讓壓局部二次補強錨網索聯合承載拱支護技術后，巷道整體維護狀況良好，頂底與兩幫的變形量都在可控范圍之內，巷道斷面可以滿足正常使用要求。

5 結論

本文針對城郊煤礦二水平南翼軌道大巷Ⅱ支護技術及控制體系進行了研究，較深入研究了圍巖預留變形量讓壓局部二次補強承載拱構建支護體系，提出了較可靠的支護對策，得到以下結論：

（1）巷道幫頂處圍巖的惡化是導致巷道失穩破壞的主要因素，南翼軌道大巷Ⅱ圍巖破碎，同時受到裂隙水和構造應力影響，圍巖泥化致使自身承載力喪失，應力在此處釋放，造成支護結構局部應力集中，產生不規則變形，承載性能大大降低。

（2）詳細闡述了該礦圍巖預留變形量讓壓局部二次補強支護技術，即預留變形量光爆+初噴+錨網（索）+釋放應力后局部錨網索二次補強+二次復噴”施工工藝。“噴錨讓補噴”先噴后錨充分讓壓后，局部補強加固后復噴成巷，最大限度提高承載拱支護強度，并通過后期補強支護，提高支護結構與圍巖的承載力，保持巷道長期穩定。

（3）工程實踐嚴格按照“先初噴、后錨網、滯后讓壓、二次補強、最后復噴”的“噴錨讓補噴”施工工藝施工，提高巷道整體承載力，實現支護結構和圍巖讓抗結合。并對巷道圍巖變形進行觀測表明圍巖的變形過程平緩、均勻，并逐漸趨于穩定，聯巷點最大斷面處頂底板位移量最大值為62mm，兩幫位移量最大值為26mm，遠離巷道聯巷巷道表面位移量較小或無位移，巷道整體呈現為穩定狀態，確保了礦井安全高效生產。

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作者簡介：吳文廣（1984-），男，江蘇沛縣人，碩士，研究方向：礦業工程。endprint