軟弱泥巖頂底板條件下巷道支護技術研究與實踐

王 挺

（霍州煤電集團有限責任公司辛置煤礦山西 031412）

霍州煤電集團有限責任公司辛置煤礦450水平軌道巷所處的圍巖巖性主要為泥巖等軟弱巖體，在開挖支護完成以后，由于巖性本身軟弱和周圍回采行為的影響，巷道大面積的出現底鼓和巷幫移近變形，每年需要進行一到兩次的全面翻修工程，在翻修期間，巷道運輸受到嚴重制約，影響著礦井的生產。因此，為了礦井的安全生產和正常運轉，研究軟弱圍巖巷道的支護體系和有效的支護方法，提高圍巖自身承載能力，對450水平軌道巷變形直到破壞的變化規律進行掌握和分析，達到控制巷道支護穩定的目的。

1 概況

辛置礦原煤核定生產能力280 萬噸/年，井田面積52 km2，共有6 個可采煤層;其中穩定可采煤層為2#、10#、11#煤層。開采煤層為2#煤，煤層直接頂為0～7.5 m厚（平均4 m）的砂質泥巖，直接底為4.0 m～6.5 m厚（平均4.5 m）的泥巖，普氏硬度2.5～3.5，埋深達400 m以上。南區大部分開拓巷道、準備巷道和回采巷道屬于軟巖巷道，巷道變形嚴重，影響了巷道的正常使用。

辛置煤礦450水平軌道巷施工2 800 m后，由于巷道圍巖強度的弱化，導致水平大巷變形150 mm～350 mm，局部出現開裂、脫落，尤其在火藥庫、大巷水倉附近交叉口大斷面巷道南北兩側首先出現嚴重底鼓現象，接著兩幫出現較大移近，幫部混凝土就出現開裂，嚴重區域在六個月的時間內逐步由細小裂縫擴展成三到五厘米寬的開口，混凝土表面出現脫落現象，特別是火藥庫南北兩側變形加大。其變形破壞特征表現形式是：巷道表層的混凝土層開裂、掉落、整片掉頂，其厚度達550 mm～1 500 mm，碹體也發生局部裂縫增大，掉落；墻體內移，位移量900 mm～2 000 mm，致使鄰近的候車站臺、通道和變電所遭受擠壓、變形嚴重，巷道普遍出現底鼓，臨近采區附近巷道底鼓量最大能達2 800 mm，平均底鼓2 000 mm；巷道兩幫回縮變形達到1 500 mm以上。

圖1 450水平軌道巷和火藥庫交叉口巷道破壞圖

2 巷道支護方案優化設計

2.1 原有支護方案

（1）巷道斷面設計

450 水平軌道巷為矩形斷面，掘寬5.54 m，凈寬5.3m，掘高4.32m，凈高4.2m，掘進斷面23.93m2，凈斷面23.26m2。

巷道原支護形式采用復合支護，支護方式見圖2：

頂部采用φ22×2 500 mm左旋高強錨桿，配合高強托板調心球墊和1010尼龍墊圈，托盤采用方形高強度拱形托盤，托盤為150 mm×150 mm×10 mm；每排8根，排間距為800 mm×750 mm，每孔使用1條Z2388型和1條CK2360型樹脂錨固劑；選用直徑φ12的鋼筋焊接而成，桁架寬度為80 mm，長度為5 250 mm，錨桿孔中心間距為750 mm。頂錨索選用φ21.6×8 500 mm，配合300 mm×300 mm×16 mm 方形高強度拱型錨索托盤及配套鎖具；每孔使用1 條CK2360 型和2 條Z2388 型樹脂錨固劑。錨索“四×三”布置，排距1 600 mm，四根時間距1 200 mm，三根時間距1 600 mm。

幫部采用φ22×2 500 mm左旋高強錨桿，配合高強托板調心球墊和1010尼龍墊圈，托盤采用方形高強度拱形托盤，托盤為150 mm×150 mm×10 mm，采用W 型鋼護板，每排5根，最上一根錨桿距頂400 mm布置，排間距為800 mm×900 mm，每孔使用1條Z2388型和1條CK2360型樹脂錨固劑；幫部不使用桁架。幫錨索選用φ21.6×4 300 mm錨索，配合300 mm×300 mm×16 mm方形高強度拱型錨索托盤及配套鎖具，每孔使用1 條CK2360 型和2 條Z2388 型樹脂錨固劑；兩幫距頂1 m處，距底1.7 m 處各施工一根，排間距為1 600 mm×1 600 mm。巷道頂幫均鋪設鋼筋網（1.54 m×0.94 m）。

圖2 原有支護方式

（2）支護方案存在的問題

450巷道位于軟弱圍巖區，應該從頂、幫和底三個方面全方位考慮支護控制方案，而原有支護方案中僅僅考慮了頂和幫，對于底板則沒有進行相應的支護措施。底板嚴重鼓起后，導致兩幫支承壓力的承載點發生變化，支承力逐漸不能滿足保持巷道穩定的要求，致使巷道兩幫發生破壞。

2.2 試驗巷道圍巖支護方案優化設計

（1）支護方案設計

試驗段巷道200 m，采用“錨桿、錨索、金屬網、噴漿、錨注”的支護方式，即在原來支護形式的基礎上，在巷道頂幫噴100 mm 混凝土層，目的是封閉圍巖，防止圍巖遇水膨脹和風化。在原有巷道的錨桿中間，每隔1個錨桿布置一個φ25×2 500 mm自進式錨桿（型號為ZJS25），實現圍巖注漿的目的。頂板自進式錨桿間距1 500 mm，排距1 600 mm；巷幫自進式錨桿間距1 800 mm，排距1 600 mm。優化支護方式見圖3。

圖3 優化支護方式

（2）工藝設計

巷道擴面施工工藝與原施工工藝相同，巷道擴面后，首先噴射50 mm混凝土，包括巷道底板也同時進行混凝土噴射，以保證及時支護頂板，同時便于鉆機、注漿泵等施工機械的安裝，并作為錨桿注漿的止漿墻。普通錨桿施工4排之后，進行自進式錨桿施工。即每4排進行一次注漿（注漿采用20%脲醛樹脂的化學漿液），注漿后再噴50 mm 混凝土。在原有工藝的基礎上，增加了自進式錨桿的施工，施工工藝流程見圖4：

圖4 自進式錨桿施工工藝流程圖

3 試驗巷道數據監測

數據觀測：巷道支護結束后，于2016 年3 月10 日在450水平軌道巷安裝監測站，共安裝2組檢測站點，間距為50 m，分別為1#監測站點和2#監測站點，每周觀測、記錄一次結果。如表1所示。

表1 450水平軌道巷表面位移檢測站點觀測記錄

4 結論

從觀測結果可以看出巷道兩幫及頂底板有較小的回縮，但不影響巷道正常使用。辛置煤礦450 水平軌道巷受地壓、采動影響嚴重，地質條件復雜，以前采取“錨桿、錨索、金屬網”支護，現在采用“錨桿、錨索、金屬網、噴漿、錨注”支護方式，巷道回縮較小，不影響巷道正常使用，這說明注漿錨桿支護是一種能夠適應受地壓、采動影響嚴重，地質條件復雜的巷道的新型支護方式。試驗取得了良好的效果。

5 結束語

綜上所述，本文針對450水平軌道巷巷幫、頂底板變形收縮現象，介紹了支護優化試驗方案，研究了注漿對巖體性能的影響，并對注漿材料做了對比和選擇，認為可以起到加固、形成整體維護圍巖狀態完整的效果，在優化支護方案里增加了注漿工序，預期對目前巷道回縮變形達到有效控制。通過支護方案優化，巷道安全狀況會得到充分的保障，可以有效防止巷道頂板事故的發生，減少事故造成的人員傷亡和財產損失。同時，改善了井下工人的工作環境、降低了工人的勞動強度，穩定了職工情緒，調動了職工積極性，提高了礦區經濟效益。