深部開采軟巖巷道變形修整技術的研究

胡 冰

（山西汾西正城煤業有限責任公司， 山西 孝義 032300）

引言

如何確保軟巖巷道圍巖穩定是深部開采時需要解決的現實問題，眾多的科研學者對深部開采時掘進巷道圍巖控制技術展開研究，取得顯著成果，為深部開采巷道圍巖控制提供良好借鑒[1-4]。文中就以某礦+750 m 水平運輸大巷圍巖變形修整為研究對象，在對巷道圍巖變形原因、機理分析的基礎上，提出針對性的圍巖修整技術措施，確保巷道后續使用需要。

1 工程概況

山西某礦+750 m 水平運輸大巷是3 采區煤炭開采的主要運輸通道，巷道埋深平均690 m，為巖巷。巷道沿著砂巖掘進，掘進的巖層中夾雜有泥巖、細砂巖，裂隙以及節理較發育。對巷道圍巖巖性成分組成分析發現，圍巖中存在有較多的高嶺石、方解石等礦物，遇水容易膨脹變形、軟化，從而給巷道圍巖穩定帶來一定影響。

+750 m 水平運輸巷斷面為半圓拱形，初次支護采用錨梁網方式、二次支護在錨梁網基礎上增加噴漿。支護采用的錨桿規格均為Φ20 mm×2 000 mm。巷道掘進完成后出現一定程度變形，雖然后期修整斷面得以恢復，但是后期仍出現較大變形，給巷道正常使用帶來一定影響。

2 巷道圍巖變形特征及變形機理分析

2.1 變形特征

從現場觀測發現，+750 m 水平運輸大巷圍巖變形以頂板下沉、底鼓為主。由于巷道埋深平均690 m，埋深較深，地應力顯現明顯，掘進支護完成兩周后頂板、巷幫變形量平均分別為400 mm、500 mm，圍巖變形給巷道正常使用帶來影響。

由于巷道圍巖巖性松軟，蠕變變形突出，圍巖變形不收斂。原支護方案未對底板進行處理，從而造成多段位置底板嚴重底鼓，部分區域底鼓量超過800 mm，從而造成巷道斷面收縮明顯。

2.2 圍巖變形機理

根據現場巷道圍巖變形特征，綜合分析巷道圍巖變形量較大主要原因是由于巷道埋深較深，地應力較大且分布不均衡，從而造成局部區域圍巖變形嚴重。現場實測發現巷道水平應力平均在38 MPa，測壓系數較大，從而會引起底板出現較大底鼓。巷道圍巖支護選用錨梁網+噴漿方式，大量工程實踐表明上述常規圍巖支護方式難以滿足深部區域軟巖巷道圍巖控制需要。

巷道掘進巖層本身就含有大量的高嶺石、方解石等礦物，裂隙及層理、節理等均較為發育，遇水后膨脹變形會加劇巷道圍巖變形。加之巷道原有的支護強度不足，從而會在高應力作用下巷道周邊巖層內出現較大的塑性區分布范圍，從而致使巷道出現較大變形。

已有地質勘探資料表明，+750 m 水平運輸大巷掘進范圍內發育有多條斷層以及褶曲等構造，地質構造會進一步降低巷道圍巖巖性且構造應力會使得巷道圍巖內應力分布更為復雜，從而在一定程度上增加巷道圍巖控制難度。

3 圍巖變形修整設計

3.1 修整理念

根據+750 m 水平運輸大巷地質條件、變形破壞特征以及現有的巷道支護策略，并采用工程類比法最終確定巷道修整采用錨網索噴+注漿加固措施。通過布置補強錨索并對圍巖破碎區域進行注漿，從而提升圍巖整體強度及穩定性，改善巷道圍巖受力狀態，從而在一定程度上降低巷道圍巖變形量[5-6]。

從現場探測發現，+750 m 水平運輸大巷幫角以及拱頂等位置為巷道圍巖穩定敏感區，在后續巷道修整時通過施工補強錨索并對上述位置進行注漿，可有效降低圍巖內塑性區分布范圍，從而控制圍巖變心。具體巷道后期修整時采用的修整策略見圖1所示。

圖1 巷道修整策略

3.2 巷道修整技術

依據+750 m 水平運輸大巷圍巖地質條件以及圍巖變形特征對巷道圍巖變形進行針對性修整。具體修整時增加錨桿使用長度，將原有的Φ 20 mm×2 400 mm 改為Φ 22 mm×2 500 mm，適當增加錨桿直徑以及長度以便增加支護強度，從而更好地控制巷道淺部圍巖變形。將錨桿間排距由原有的1 000 mm×1 000 mm 縮短至800 mm×800 mm。

返修時采用的錨索規格為17.8 mm×6 300 mm，按照1 600 mm×1 600 mm 間排距布置，錨固長度均為2 000 mm。采用Φ 6 mm 鐵絲編制的金屬網（長×寬為1 000 mm×900 mm，網孔規格為100 mm×100 mm）對圍巖進行控制，表層噴射的混凝土層厚度為100 mm。為了提升巷道底板以及圍巖支護體系整體強度，采用錨索（規格Φ 17.8 mm×6 000 mm）按照2 400 mm×2 400 mm 間排距對底板進行補強加固，并采用鋼筋梯子梁連接錨索，使得錨索支護體系形成一個完整整體。具體錨桿、錨索施工時的具體要求見表1。

表1 錨桿、錨索施工要求

在巷道幫角、幫肩等布置2 500 mm 注漿孔，注漿壓力控制在4 MPa，選用水泥單液漿。

4 巷道修整效果

將設計的巷道修整方案在+750 m 水平運輸大巷中應用，并采用“十字交叉法”對巷道表層位移量進行監測，具體得到的圍巖變形數據見圖2。

圖2 圍巖變形監測結果

從圖中看出，修整完成75 d 后巷道變形量趨于穩定，頂底板、兩幫最大變形量分別為82 mm、43 mm，較修整前圍巖變形量明顯降低。該數據表明，文中提出的巷道修整方案針對性較強，可有效控制深部、軟巖巷道圍巖變形。修整后的+750 m 水平運輸大巷可以滿足后續煤巖運輸以及采區通風需要。

5 結論

1）對+750 m 水平運輸大巷圍巖變形機理進行分析，發現圍巖變形量較大主要因素是地應力較高、圍巖強度低、原有支護強度不足等，并針對圍巖變形特征提出以錨索補強+注漿加固為核心的巷道修整技術方案。

2）修整方案現場應用后，巷道圍巖變形量得以控制，修整后巷道頂底板、巷幫變形量分別為82 mm、43 mm，巷道斷面可滿足通風、運輸需要，取得了顯著的修整效果。