大深度礦井巷道圍巖破壞原因分析及支護技術研究

張文鵬

（晉能控股煤業集團寺河礦， 山西 晉城 048000）

引言

近幾年，由于煤礦綜采作業持續加深，并且井下的巷道圍巖所在的位置是高應力集中區，在對巷道進行掘進時，之前應力所處的平衡情況被打破，釋放了圍巖所積累的所有應力，而且圍巖的性質用塑性替換了脆性，主要受地壓所帶來的沖擊與開采擾動的影響，這一特征提高了流變，很容易出現垮塌與變形在巷道的圍巖中，對巷道進行掘進的安全性與進程產生影響。之前的支護計劃不能符合大深度礦井下巷道的支護關于安全方面的要求。

以學者的相關研究為基礎，將大深度礦井地質的實際狀況相結合，本文分析了大深度礦井圍巖發生破壞的原因，并以此為基礎，提出了一種以高強度錨索網支護為基礎配合井下注漿加固的聯合支護技術并展開研究。

1 大深度礦井圍巖發生破壞的主要原因

把大深度礦井當作研究對象，在該礦井中的綜采深度大概是1260 m。經過選取井下水在小孔徑的壓力導致裂地應力監測裝置，可以監測井下巷道實時的地應力狀況，監測結果發現，應力在所有測點都在30 MPa 以上，應力在每個監測點的分布主要是水平應力分布，造成了應力場有比較廣的分布，而且圍巖都以高應力的分布要求之下[1-2]。對巷道圍巖結構的強度的分析使用的是對鉆孔進行測試的計劃，其結果得知，礦井的深度比較深時，圍巖的強度有比較大的波動，其原因是因為巖層隨著賦存深度的增加而有明顯的變化，圍巖中的應力分布非常不均勻，并且巖石是破碎非常不穩定。根據上面的分析得知，大深度礦井圍巖發生破壞的原因主要為井下圍巖有比較高的破碎度、比較弱的結構強度，失穩極易自高應力的作用中產生。圖1 就是井下圍巖采樣結果。

圖1 井下圍巖采樣結果

2 井下聯合支護的應用

關于井下圍巖發生破壞的主要原因，按照主動支護原則，根據巷道支護的經濟性與效率的要求，提出井下聯合支護的技術，該技術是一種以高強度錨索網支護為基礎配合井下注漿加固的聯合支護技術。

當選取高強度錨桿支護頂板時，該錨桿的規格是為Φ22 mm×2400 mm，當錨固過程中，選取的錨固計劃是樹脂的加長錨固，錨固的總長度在1800 mm 以上，當做側幫防護的是利用鋼板，并且是W型，當做上側防護的是鋼筋并且加密，在設置錨桿時，其排距是800 mm，1 排就設置10～16 個錨桿，設置錨固的預緊力是150 kN。

由于要把支護的效率提高，在安裝錨索時共同使用注漿孔與錨索孔，先設置注漿，注漿結束之后，在對錨索進行設置，使施工效率得到了提高。錨索使用的高強度剛絞線預應力，其規格是Φ22 mm×4300 mm，1 根剛絞線是由19 股構成，在錨固錨索時選取的是樹脂藥卷，并且錨固的長度在1800 mm以上，排距是800 mm，1 排設置5 根錨索，設置錨固的預緊力是250 kN，在完成設置之后，就可以把錨索全部錨固起來。當支護底板時，由于要把井下的物料類別減少、把操作效率提高，錨索選取的剛絞線與上面所述的相同，構成也相同。由于要更深層次的把抗變形能力提高，并把繩套設置到錨索的末尾，把固定結構設置到錨固范圍的下面，用來把錨索其底板的固定力提高。同時使用底板中的注漿孔與錨索孔，直徑是50 mm。第一就是錨索固定選取的是樹脂錨固劑，主要用于設置錨索的張緊力，繼而錨固全段使用的是水泥注漿，設置的錨索依照的是1000 mm×1000 mm，錨索都垂直于底板[3-4]。

當進行錨固時，應該把注漿料所具備的凝固速度與流動性考慮進來，通過實驗得知，注漿料選用的是硅酸鹽水泥，設置的水與灰的比例是0.7∶1，當注漿過程中，設置的壓力是13 MPa，選取分層注漿計劃，保證圍巖裂縫中有滲人的漿液，并實現凝固。比較好的支護效果、比較好的強化效果、比較簡單的結構是聯合支護計劃所具有的有點。圖2 就是井下巷道綜合支護方案圖。

圖2 井下巷道綜合支護方案圖（單位：mm）

3 應用效果分析

由于要驗證使用該綜合支護計劃的效果，當巷道相同時，對比分析以下面幾種使用效果，分別是“井下注漿加固+高強度錨索網支護”、只注漿加固、沒有支護，圖3 為不同支護效果情況下圍巖變化情況圖。

從圖3 可以發現，當沒有支護時，井下巷道中的頂板的位移最大量為782 mm 左右；在選取注漿加固之后，其頂板位移的最大量為445 mm 左右；在選取“井下注漿加固+高強度錨索網支護”之后，其頂板位移的最大量是270 mm，和巷道沒有支護時的位移量進行比較下降高于65.5%。

圖3 不同支護效果情況下圍巖變化情況

當沒有支護時，井下巷道中的側幫位移最大量大概是778 mm；在選取注漿加固之后，其側幫位移最大量大概是460mm；在選取“井下注漿加固+高強度錨索網支護”之后，其側幫位移最大量只是280 mm，和巷道沒有支護時的位移量進行比較下降高于64.1%。

4 結語

關于巷道嚴重變形，比較大的地壓沖擊的狀況出現在大深度礦井中，以井下圍巖發生破壞的主要原因為基礎，提出新型的支護技術，經實際驗證發現：造成大深度礦井圍巖發生破壞的原因主要為較弱的結構強度、較高的破碎度，由于高應力的作用而有失穩現象出現。注漿料選取的是硅酸鹽水泥，設置的水與灰的比例是0.7∶1，在注漿過程中，會選取的注漿計劃是分層注漿，保證圍巖裂縫中有滲入的漿液，并實現凝固。應用新支護技術后，頂板位移最大量下降在65.5%左右，側幫的位移最大量下降了64.1%，巷道變形現象明顯變小，更好地保障了礦井安全生產。