软岩巷道修复支护技术研究与应用

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高强度预应力注浆锚索在煤矿软岩巷道修复中的应用

作者：刘家东

来源：《数字化用户》2013年第25期

【摘 要】针对鹤煤三矿深部软岩巷道难以支护问题，在分析巷道破坏影响因素的基础上，结合预应力中空注浆锚索的优点，提出了在套架U型棚的基础上采用中空注浆高强锚注加固补强方案。工程实验表明，该修复方案有效的控制了巷道围岩变形，取得了良好的支护效果。

【关健词】深井高地应力 破碎围岩 预应力注浆锚索 全长锚固

一、概况

鹤煤三矿31采区轨道上山为典型的深井高地应力软岩巷道，其埋深超过600m，巷道沿二1煤底板施工，巷道围岩主要为砂质泥岩、中细砂岩、炭质泥岩和二1煤等。由于受多次构造运动的挤压和剪切作用，围岩内部结构面异常发育，围岩体本身的强度并不高且仍处于较高的残余构造应力影响中。巷道断面为直墙半圆拱形，巷道净断面：4.2m×3.8m，初始支护方案主要采用套架U36型钢棚。巷道掘进过程中，造成巷道变形严重，围岩变形量大、变形速度快，变形持续时间长，U型棚受挤压变形严重，钻孔窥视结果表明，巷道顶板变形破坏深度已达8m左右。

二、影响巷道变形破坏因素分析

通过对鹤煤三矿31采区轨道上山现场调研，总结巷道变形破坏影响因素分析如下：

（一）巷道埋藏深，围岩长期处于高地应力场中。轨道上山原岩应力测试结果表明：原岩应力场的第1主应力为水平应力，水平最大主应力29.2～36.7MPa，最小水平主应力和垂直应力分别为16.52Mpa、18.83MPa。最大主应力方向与鹤煤三矿31采区轨道上山走向几乎垂直。现有的理论研究及实践结果都表明[1-3]：最大水平主应力方向与巷道轴向垂直时，影响最大。

（二）巷道受断层构造影响，围岩完整性差，具有较强的亲水性。鹤煤三矿31采区轨道上山区域断层构造复杂，受多次构造运动的挤压和剪切作用，巷道围岩岩性虽然以中细砂岩、砂质泥岩为主，岩块本身强度相对较高，但对岩体而言，由于受断层构造影响，内部节理、层理、裂隙等结构面众多，围岩体本身的强度并不高。

２０１０年第４期　能源技术与管理　５３　ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－９９４３．２０１０．０４．０２２　商犀　软　硐重威椒支　技术研究与　ＩＩｌ　黄辉　（淮南矿业集团顾北煤矿，安徽淮南２３２０００）　［摘要］底鼓一直是软岩巷道围岩控制的一大难题，尤其在矿井生产水平的核心硐室对底　板维护状况要求很高，基于高应力软岩硐室围岩条件，总结分析了巷道底鼓破坏失　效形式，针对性地提出合理的支护技术方案，并成功应用于工程实践。　［关键词］　高应力；软岩；底板；支护　［中图分类号］ＴＤ３２２．３［文献标识码］Ｂ［文章编号］１６７２－９９４３（２０１Ｏ）０４－００５３－０３　１概况　２巷道底鼓原因分析　目前，随着支护技术的发展，已经能够将顶板　下沉和两帮内移控制在某种程度内，然而对于防　治底鼓却一直缺乏既经济又有效的办法。统计资　料表明，在巷道顶底板移近量中约有２／３～３／４是　由底鼓造成的。强烈的巷道底鼓不仅带来了大量　的维修工作，增加了维护费用，而且还影响了矿井　安全生产。淮南某矿三水平泵房埋深７５０　ｉｎ左右，　巷道围岩岩性以砂质泥岩为主，在该水平投产初　期为保护泵房等核心硐室，在上方留设大面积保　护煤柱，如图１所示。但受该孤岛煤柱内形成的支　承压力影响，不仅造成泵房两帮强烈内移挤压各　类管路，而且底板强烈底鼓使得泵体基础产生不　均匀变形，造成机电设备无法正常运转，严重威胁　矿井安全生产。　

图１　泵房与保护煤柱平面位置关系　大量研究结果表明，由于巷道所处的地质条　件、底板围岩性质和应力状态的差异，底板岩体鼓　入巷道的方式及其机理也不同，一般可以分为以　下４类＿Ｉ＿２］：①挤压流动型底鼓。通常在下列情况　下会发生挤压流动性底鼓：直接底板为软弱岩层　（如粘土岩、煤等），两帮和顶板的强度大大高于底　板的强度　口两帮和顶板为砂岩并进行有效支护），　因此，在两帮岩柱的压模效应作用下，底板软弱岩　层挤压流动到巷道内；整个巷道均位于松软破碎　岩体中，此时巷道周边的围岩松动圈很大，两帮的　应力集中区转移到岩体深部，从而不存在压模效　应，底鼓主要是远场应力作用下挤压周边破坏岩　体向巷道内流动，未采取控底措施时底鼓速度通　常比顶帮收敛速度大得多。②挠曲褶皱型底鼓。当　底板为层状岩体时，即使是中硬岩体，如果底板与　应力状态满足一定的关系时也可能发生底鼓，该　类底鼓主要是底板岩层受平行于层理方向的压应　力作用下向弱面方向挠曲破坏。③遇水膨胀型底　鼓。鼓胀岩体是指那些与水的物理化学反应有关　的随时间而发生体积增大的岩体，当该类岩体遇　水时，将发生强烈膨胀。④剪切错动型底鼓。当巷　道直接底板为完整岩层且厚度大于１／３巷道宽度　时，在较高的岩层应力作用下底板一般为剪切破　坏，形成楔状岩体后在水平应力挤压下产生错动　而使巷道发生底鼓，一般而言，底板剪切楔块的产　生主要是由底板岩体中的应力状态所决定的。　鉴于该泵房为矿井安全生产的重要硐室，为　维护泵房正常使用，矿井不得不屡次进行修复、卧　底，但仍然无法满足使用要求，且修复周期呈逐渐　

２００８年１２月　矿业安全与环保　第３５卷增刊　

锚网喷加预应力锚索配套Ｕ型钢支架注浆　

综合支护技术在软岩巷道修复中的应用　

阳光军　

（水城矿业（集团）有限责任公司大河边煤矿，贵州六盘水５５３００６）　

摘　要：以软岩巷道修复的支护方式为研究对象，重点介绍了锚网喷加预应力锚索配套Ｕ型钢支　

架、注浆综合支护技术在软岩巷道修复中的实践应用，确保了巷道的稳定性、安全性，不仅满足了安全生　产需要，延长了巷道维修周期及服务年限，还大大减少了巷道后期的维护工程量及维修费用，降低了生　

产成本。　

关键词：综合支护技术；软岩；巷道修复；应用　中图分类号：ＴＤ３５２　．５　文献标识码：Ｃ　文章编号：１００８—４４９５（２００８）Ｓ１—００３７—０２　

多年以来，软岩巷道的支护问题一直困扰着煤　

矿井下的安全生产，对软岩巷道的支护方式各种各　样，其特点各不相同。随着矿井的延深及矿山压力　的增加，单一的支护方式（如金属棚梁支护，锚喷支　

护等）已不能保证巷道的稳定性，巷道维修频繁，达　

不到应有的服务年限和安全使用要求，特别是对水　城矿业集团公司大河边煤矿矿压显现较明显的老矿　

井来说，尤为突出。为此，经过不断试验和探索，采　

用锚网喷加预应力锚索配套ｕ型钢支架、注浆综合　支护技术，按照“悬吊”理论及“组合拱”理论，在修复　

巷道中取得了明显的成效，延长了巷道的服务年限，　满足了井下巷道的通风、运输、行人的安全，确保了　

矿井的安全生产。　

１矿井概况　

大河边煤矿地质构造复杂，巷道围岩为中等稳　定，粉砂岩和泥质砂岩占主导地位，矿井布置方式为　

斜井开拓，可采煤层５层，层间距均在１Ｏ～２０　ｍ，巷　道支护方式多以矿用１１　工字钢、锚网喷支护为主。　

＋１　３１７　Ｉｎ水平南翼的轨道石门、运输石门和回风石　

门相继穿过３４　，１９　，１６　，１３　，１１　，７　煤层，掘进　时采用锚网喷支护，但在使用过程中巷道变形严重，　

多处巷道压力显现明显，无法进行正常的通风、运输、　

技术与经济　《内蒙古煤炭经济》　２０１０年第１期　大断面软岩巷道联合支护技术在深部采区的应用　王培江　（华能扎赉诺尔煤业有限责任公司，内蒙古满洲里０２１４１０）　摘要：阐述深部（＞３３０ｍ）大断面软岩巷道应用锚、网、喷＋锚索、钢筋梁联合支护的参数设计和施工工艺。该支护方　式优点突出，可操作性强，具有较好的技术经济效益。　关键词：深部开采；大断面；软岩巷道　中图分类号：ＴＤ３５　文献标志码：Ｃ　随着开采深度的不断增加。井巷岩体压力加　大，受力环境更趋复杂，施工永久性大断面巷道，传　统的支护理论和支护方式已不能满足要求。铁北　矿开拓队根据现代支护理论采用锚、网、喷＋锚索、　钢筋粱联合支护方式，在破碎岩层施工二水平延深　工程的集中运输大巷取得了成功。　１工程概况　铁北矿二水平南翼集中运输大巷全长２２００ｍ，　位于地表下４３０ｍ，断面面积为１８ｍ２。根据地质资　料。该巷将穿Ｆ１７、Ｆ４７大断层，且有派生构造，层、　节理极发育破碎，局部岩层为细粉砂岩，含凝灰质，　伴随薄煤层。巷道所处围岩为深部不稳定围岩，开　挖后极易变形，如不采取任何支护，空顶超过　１．５０ｍＢ＇－＇］＂，极易发生片帮、冒顶。巷道掘进断面大，　宽４．１８ｍ、高４．１Ｏｒｅ，不适于一次性爆破成巷。因　此选用正台阶施工法，上台阶高２．１２ｍ、宽４．２０ｍ，　下台阶为剩余部分。　２支护方式确定　该巷道断面大、服务年限长，正确选择支护方　式方能保证其将来安全使用。我矿传统的支护方　式主要是锚网临时支护与喷射混凝土支护或者可　缩性Ｕ型钢棚、工字钢与喷射混凝土联合支护。　这两种支护方式中，第一种由于巷道变形压力　持续作用时间长，混凝土碹易开裂冒落，施工工艺　复杂，施工过程中掘进与支护作业相互影响。混凝　土碹支护之前需要做临时支护，施工速度慢，费用　高，材料消耗多。第二种支护由于断面大，施工难　度大，安全系数小，且易造成冒顶，钢棚易变形，巷　修费用高。因此按照现代支护理论，采用锚、网、喷　＋锚索、钢筋梁联合支护，比较合理、可行。　３支护参数的选择　锚杆选用直径１８ｒａｍ、长２１００ｒａｍ的左旋螺纹　钢锚杆。间排距１０００×ｉ０００（ｎｑｔｍ），用２卷树脂锚　固剂卷锚固。钢筋网规格ｉ０００×２０００（ｒａｍ），网眼　文章编号：１００８—０１５５（２０１０）０１—００８２一Ｏ１　规格１００×１００（ｒａｍ），钢筋直径５．５ｒａｍ。喷射混凝　土使用４２５＃水泥、红矸石骨料，５ｒａｍ以下红矸石　作为细骨料。５ｒａｍ红矸石作为粗骨料。水泥与红　矸石按ｌ：４配比．水灰比１：２：２，混凝土标号达到　２００＃，最终喷厚为１５０ｍｍ。锚索为直径１５．２４ｍｍ　钢绞线，长度根据围岩性质取５～８ｍ，每排两根锚　索。用２卷树脂锚固剂卷锚固。锚索托盘采用工字　钢制成。长８００ｍｍ。钢筋梁选用直径１２ｒａｍ的圆　钢制成。　４支护顺序　巷道光爆成形后立即初喷一层厚３０～５０ｒａｍ　的混凝土。用以充填围岩岩面裂隙，并迅速封闭围　岩岩体，缩短暴露时间，防止风化膨胀。　初喷初凝后安设锚杆挂钢筋网。然后横向挂　钢筋梁、装锚杆托盘并上紧螺母将钢筋网紧压在喷　层上，再进行复喷。上分层距迎头４ｍ、下分层距迎　头５ｍ，以２．１５ｍ间距安设两根锚索，最后再喷一　次混凝土，喷厚５０～７０ｒａｍ。　５支护效果　此次联合支护的应用在技术上取得了突破，实　现了由被动支护向主动支护的过渡，对以后深部软　岩巷道支护技术的发展起到推动作用。三水平延　深工程共３５００ｍ，１８ｍ　大断面巷道全部采用这种　联合支护，取消了架棚支护。由此保证了施工安　全，减轻了工人劳动强度，取得了显著的经济效益。　与架棚支护相比，每ｍ巷道节约成本１８９０元，施　工进度平均每月提高９０ｍ。所以，这种联合支护技　术无论在施工安全还是经济效益上都值得推广应　用。今后从生产实际需要出发，要努力提高理论水　平与技术手段，用以正确指导生产实践，选择合理　的支护方式及参数，解决采深不断增加后的巷道支　护难题。　（责任编辑：郝存义）　收稿臼期：２００９—０９—１８　作者简介：王培江（１９５５一），河北沧县人，１９８９年毕业于黑龙江鸡西煤校采煤专业，采矿助理工程师，现在扎煤公司生　产技术部主要从事采场矿压显现规律与岩层控制工作。　・　８２　・