焦作矿区软岩水仓巷道变形破坏控制技术

２００７年第４期　中州煤炭　总第１４８期　
焦作矿区软岩水仓巷道变形破坏控制技术　
樊百胜　
（焦煤集团公司，河南焦作４５４０００）　

摘要：通过对焦作矿区软岩水仓巷道变形破坏机理的分析，采用锚注方法对软岩巷道围岩注浆固化，提高了　
围岩承载能力，改善了巷道维护状况，为治理软岩巷道变形破坏提供了一条有效的技术途径。　
关键词：软岩；膨胀力；锚注；水仓；巷道变形　
中图分类号：ＴＤ３５３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００３—０５０６（２００７）０４—００１２—０２　

目前，焦作矿区所属各矿的水仓使用时间都在　几十年以上，再加上水的浸泡，均出现不同程度破坏　变形，有些已经严重影响到正常使用，威胁矿井安全　生产。因此，深入研究焦作矿区软岩层水仓破坏规　律，寻求一套合理的支护方法已迫在眉睫。　１水仓巷道破坏特征　焦作矿区生产矿井水仓总长均在１　１００　ｍ以　上，巷道多布置在砂岩、粉砂岩、泥岩等层位，断面形　状为半圆拱，原支护形式为单、双料石砌碹，部分地　段结合有锚喷支护。加固前，水仓破坏长度都超过　一半，其破坏、变形特征是：巷道顶部下沉冒落，底鼓　现象十分严重，两侧的墙体出现内收、偏斜、肩部张　裂错动等破坏现象。对变形破坏的巷道进行观察，　巷道两帮的收敛量累计为１８０—６８０　ｍｍ，个别地方　达１　５００　ｍｍ，顶板绝对下沉量１５０～１　０５０　ｍｍ，冒落　高度达２．８　ｍ，绝对底鼓量为２００～１　１００　ｍｍ。　２水仓巷道破坏成因　２．１拱基和拱顶　拱基和拱顶是最容易产生应力集中的部位，在　许多地方拱顶的料石砌块产生明显的拉应力，使料　石沿砌缝产生较大的张开裂缝，以致料石冒落；也有　个别地方由于两侧的压力较大，在拱顶产生压应力，　造成料石压裂，形成尖顶。　拱基部位产生压剪破坏，形成局部开裂倒塌，这　些特征是由于整个围岩产生滑移变形造成的。由此　收稿日期：２００７—０５—２１　作者简介：樊百胜（１９６２一），男，河南焦作人，工程师，现从事采矿技　术管理工作。　・ｌ２・　也说明围岩的整体性极差，自身承载能力弱。　
２．２两侧墙体　
在巷道两侧围岩中，软弱夹层及节理较发育，其　
产状和岩层产状不同，与巷道走向小角度相交，在围　
岩应力及软岩的膨胀力作用下，围岩会沿软弱夹层　
方向发生错动，将支护体推出或剪断，并沿断面产生　
较大的巷道位移，出现外大内小的楔形体。这样在　
某种程度上也失去了墙体对拱的支撑作用，丧失了　
支护结构的整体性，支护体的刚度大大下降。当支　
护体强度不能阻止围岩变形时，便产生围岩与支护　
体同时破坏的现象。　
２．３底板　
由于底板为开放式结构，没有约束，造成比较严　
重的底鼓现象，底鼓量２００～１　１００　ｍｍ。软岩的物　
理力学性质、围岩的应力状态及支护结构不合理，是　
造成水仓巷道底鼓的几个主要因素。　
２．４巷道轴线偏移变形　
水仓巷道轴线向一侧偏移变形，该类变形量　
１００～２５０　ｍｍ。出现这种情况的主要原因：①由于　
岩层倾角影响，巷道两侧泥岩、页岩、黏土矿物含量　
出现差异，产生物化膨胀后，造成其中一侧膨胀压力　
较大，使得整个水仓巷道的围岩在膨胀压力的作用　
下向一侧产生滑移，从而带动支护结构偏移，造成轴　
线中心偏移，导致巷道破坏变形；②受最大主应力的　
影响使巷道轴线发生偏移，这是软岩水仓变形破坏　
的力学原因。　

３支护方案设计　
由于水仓巷道的围岩中存在着大量的软岩，遇　
水具有强膨胀性，所以在巷道的返修加固中，要将防　
水放在首要位置。通过分析对比，在水仓支护工程　

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２００７年第４期　樊百胜：焦作矿区软岩水仓巷道变形破坏控制技术　总第１４８期　
中采用锚杆、混凝土、注浆加固围岩的联合支护方　
案。　
３．１锚网喷支护设计　
根据矿井排水的需要，巷道的净断面为７．１４　
１１１　，墙高为１．５　ｍ，巷道跨度３　ｍ。为防止底鼓现象　
再次发生，加设反底拱。整个支护层采用２５０　ｍｍ　
厚的Ｃ２５现浇混凝土。在拱肩和墙底应力集中区　布置钢筋，防止由于应力集中使混凝土开裂。　整个断面共布置１４根锚杆，锚杆间排距均为　７００　ｍｍ。为了便于施工并加强锚喷支护的强度，在　锚网后喷射５０　ｍｍ厚的混凝土喷层。锚杆采用端　头锚固和全长锚固相结合的方式。　３．２注浆方案设计　焦作矿区水仓巷道的围岩大多有软岩存在，有　遇水膨胀性。因此，要杜绝水通过支护层渗透到围　岩之中。进行壁后注浆可以充填支护体壁后的空　隙，将围岩与混凝土支护有机地结合为一个整体，消　除了由于接触不平造成的应力集中现象，增大了支　护层厚度，提高了围岩承载能力，对防止水的渗透也　起到积极作用。　（１）注浆材料及配比。根据水仓巷道围岩的特　点，采用双液注浆，浆液为５２５　普通硅酸盐水泥加　少量的水玻璃，以加快初凝时间，提高结石率。水灰　比０．７—１；水玻璃参数：模数取２．４～３．４，浓度取３０　—４５。Ｂｅ’。水泥与水玻璃的体积比取１：（０．２～　０．４）。经过试验，浆液初凝时间在８　ｈ左右。　（２）注浆孔深度。注浆孔深度与要加固的围岩　范围有关，应保证预计要加固的围岩得到浆液的充　分固结。本着在保证工程质量的前提下，尽量降低　工程成本的原则，本次的注浆范围设计为２　ｍ（不包　括混凝土支护层）。考虑到浆液的扩散效果，设计　孔深为１．５　ｍ。　（３）注浆孔的布置。注浆孔的布置受浆液的有　效扩散半径影响，综合考虑各方面的因素并结合焦　作矿区以往的工程经验，浆液的有效扩散半径在２　ｍ左右，故注浆孔之间的距离原则上不大于４　ｍ。　每个断面可在顶、底、侧面分别布设２．２　ｍ深的注浆　孔，共计４个。壁后注浆的浅孔，应在拱肩和墙底角　薄弱环节补打一孔，孔深１．５　ＩＴＩ。　（４）注浆压力。注浆压力是注浆工程最为关键　的参数。压力过大会造成跑浆，致使浆液大量浪费，　同时还有涌入其他巷道的危险；压力过小浆液不可　能渗入岩石的空隙之中，达不到注浆效果。故确定　注浆压力为０．５～０．６　ＭＰａ，终压不得超过１．５　ＭＰａ，　以免对混凝土支护层造成不良影响。　３．３　注浆工艺　（１）注浆顺序。为了能达到注浆的预期效果，　注浆顺序应按先下后上进行，即先注底部，再注两　侧，最后注顶部。　（２）单孔注浆。在每一个孔的注浆过程中，开　
始可适当降低浆液浓度，随后逐步增大。当注浆量　
达到一定程度时，若注浆压力无增加迹象或增加十　
分缓慢，可适当增加浆液浓度和水玻璃用量，必要时　
还可间歇式注浆。　
（３）单位注浆量。单位注浆量是指单位时间内　
浆液注入量。在开始时可以足额注入，压力上升时　
适当控制流量，以免压力增加过快或出现浆液流失。　
根据工程经验，流量控制在１００　Ｌ／ｍｉｎ为宜。　

４矿压观测与结果分析　
本次测试工作是在整个水仓巷道基本完成后进　
行的，测试时间为１６０　ｄ。观测资料显示：水仓巷道　
各个测试断面均可趋于稳定，水平方向收敛变形量　
在４３．５～８０．５　ｍｍ，为巷道净尺寸的１．４５％～　
２．６８％；垂直方向收敛变形量在４８．０～６６．８　ｍｍ，为　
巷道净尺寸的１．６０％～２．２２％。巷道的收敛变形　
分４个阶段，即快速变形阶段、缓速变形阶段、趋稳　
变形阶段和稳定变形阶段（图１）。　

时间，ｄ　
—
◆一断面１—－＿－断面２—　一断面３　

—　
断面４—－＿－断面５　

图１　半圆拱巷道垂直位移曲线　

５　结语　
采用锚注方法对软岩水仓围岩注浆固化，降低　
围岩的孔隙率，封闭水源，浆液固结体提高了围岩的　
整体性和承载能力，显著改善了巷道的维护状况。　
（责任编辑：秦爱新）　

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】３・　

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