[摘 要]通過(guò)對(duì)許疃煤礦33采區(qū)回風(fēng)下山下段在高應(yīng)力軟巖條件下巷道底板支護(hù)難題進(jìn)行研究，分析了主要影響圍巖變形的高地壓、圍巖蠕變動(dòng)力及巷道底鼓幾個(gè)因素，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工，提出了底角錨桿+底板+注漿聯(lián)合支護(hù)方案對(duì)巷道底板進(jìn)行支護(hù)，以較小的投入取得了理想的支護(hù)效果。為巷道的安全施工和后期維護(hù)提供有利的技術(shù)保障，具有推廣運(yùn)用價(jià)值。

[關(guān)鍵詞]高應(yīng)力 軟巖 底板支護(hù) 推廣應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）13-0219-01

1、工程概況

許疃煤礦核定生產(chǎn)能力為3.50Mt/a。礦井劃分兩個(gè)水平，第一水平標(biāo)高-500m，第二水平標(biāo)高-800m。礦井主采32、71、72、82煤層。目前33采區(qū)-720m以淺部分已全部回采完畢，需進(jìn)行開(kāi)拓延伸至-800m水平。

33采區(qū)回風(fēng)下山下段（-720m～-800m）上接-720m車(chē)場(chǎng)聯(lián)巷，下至-800m車(chē)場(chǎng)聯(lián)巷，整個(gè)下山有兩部分構(gòu)成： 14°傾角的斜巷部分（303m）和3‰斜度的近平巷部分（151m）。巷道共穿過(guò)斷層3條，分別為：DF333 ？700 H=0～4m，DF337 ？500～800 H=0～25m，DF375 ？5700 H=0～3m，巷道附近有斷層2條，分別為：DF336 ？500～800 H=0～20m，DF342 ？400～700 H=0～20。采區(qū)煤巖層走向與回風(fēng)下山走向基本一致。

依據(jù)測(cè)井柱狀，-720m～平巷70m處，巷道處于粉砂巖包圍中，此間巷道穿過(guò)斷層DF333和DF337；平巷70m處～90m處，泥巖從頂板漸至巷道底板；此后，巷道完全處于泥巖的包圍之中，且隨著深度的增加，底板泥巖厚度增厚，至-800m時(shí)，底板泥巖厚度增值約14m，該部位底臌將十分嚴(yán)重，且長(zhǎng)期存在。

根據(jù)33采區(qū)回風(fēng)下山上段（-500m～-720m）巷道維護(hù)情況，33采區(qū)回風(fēng)下山上段設(shè)計(jì)斷面為直墻半圓拱形，設(shè)計(jì)尺寸為凈寬×凈高=4800×4200mm，采用錨噴支護(hù)，錨桿采用M20 L=2000mm等強(qiáng)錨桿，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中受高應(yīng)力和采動(dòng)影響等多重構(gòu)造應(yīng)力的影響，巷道變形嚴(yán)重，主要表現(xiàn)形式為：巷道頂部冒頂、兩幫移近量大、巷道底鼓嚴(yán)重。類(lèi)比33采區(qū)回風(fēng)下山上段巷道維護(hù)情況，下段巷道維護(hù)特點(diǎn)主要為：巷道圍巖強(qiáng)度低、埋深大、地應(yīng)力較大、服務(wù)時(shí)間長(zhǎng)。

2、理論分析

依據(jù)工程地質(zhì)狀況、圍巖性質(zhì)、地應(yīng)力以及相關(guān)理論研究，許疃煤礦33采區(qū)回風(fēng)下山下段圍巖變形因素主要體現(xiàn)在高地壓、圍巖蠕變動(dòng)力及巷道底鼓幾個(gè)方面。

（1）高地壓

33采區(qū)回風(fēng)下山上自-720m水平，下至-800m水平，層位較深，礦區(qū)地表標(biāo)高約+27m，回風(fēng)下山（-720m～-800m）埋深為747～827m，若上覆巖層平均密度按2700kg/m3考慮，在不考慮構(gòu)造及采動(dòng)影響的前提下，垂直應(yīng)力：σz=γH，理論上達(dá)到20.17～21.88Mpa，原始地應(yīng)力大。

該采區(qū)除回風(fēng)下山之外，與之平行的還有運(yùn)輸下山、軌道下山和進(jìn)風(fēng)暗斜井。4條巷道之間的水平間距為30m，相距較近，彼此影響，產(chǎn)生次生應(yīng)力疊加，導(dǎo)致巖石流變加劇。從采區(qū)斷層的分布情況及相關(guān)地應(yīng)力測(cè)試情況分析，該采區(qū)底板巖層具有構(gòu)造應(yīng)力。此外，采區(qū)為雙翼布置回采工作面開(kāi)采，后期工作面回采會(huì)在巷道上面留設(shè)大量不規(guī)則形狀的保護(hù)煤柱，根據(jù)33采區(qū)上部留設(shè)的煤柱經(jīng)驗(yàn)，一翼留設(shè)保護(hù)煤柱約為80m，現(xiàn)有研究結(jié)果表明，工作面回采后在煤柱內(nèi)形成的支承壓力往往數(shù)倍于原巖應(yīng)力，由于煤柱內(nèi)積聚的支承壓力將向底板進(jìn)行傳遞，使得各采區(qū)主體巷道所處的應(yīng)力水平顯著增高。因此，幾方面共同影響產(chǎn)生的高地壓將對(duì)巷道圍巖的穩(wěn)定性造成很大威脅。

（2）圍巖蠕變動(dòng)力

巖石的變形不僅表現(xiàn)出彈性和塑性，而且也具有流變性質(zhì)。所謂流變性質(zhì)就是指材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與時(shí)間因素有關(guān)的性質(zhì)。當(dāng)應(yīng)力不變時(shí)，變形隨著時(shí)間而增長(zhǎng)的現(xiàn)象稱(chēng)為蠕變。

巷道開(kāi)挖后各種因素將造成了圍巖應(yīng)力狀態(tài)的巨大改變，具有蠕變特性的巖石又會(huì)因?yàn)閼?yīng)力狀態(tài)的改變而發(fā)生緩慢的形狀改變，最終導(dǎo)致圍巖質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)，由于這種“質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)”只能向著巷道方向發(fā)生，故在支護(hù)反力小于蠕變動(dòng)力的情況下，巷道變形在所難免。

對(duì)于巷道所處軟巖層厚度很厚時(shí)，因應(yīng)力狀態(tài)改變所導(dǎo)致的質(zhì)點(diǎn)位移來(lái)自于巷道的四面八方，而不僅僅來(lái)自于巷道的兩側(cè)，圍巖的蠕變位移過(guò)程收不到相關(guān)約束力的作用，很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)巷道圍巖蠕變的動(dòng)力不僅不會(huì)衰減，反而會(huì)隨著圍巖松動(dòng)圈的擴(kuò)大而加快速度，松動(dòng)圈對(duì)支護(hù)材料的壓力也會(huì)隨著松動(dòng)圈的擴(kuò)大而增加。

33采區(qū)回風(fēng)下山（-720m～-800m）圍巖性質(zhì)變化較大，有全部為粉砂巖的區(qū)段，有全部為泥巖的區(qū)段，有泥巖與粉砂巖兼有的區(qū)段。對(duì)于圍巖為泥巖的區(qū)段，其圍巖蠕變動(dòng)力十分強(qiáng)勁，加上該區(qū)段主要為水平段，底板含水較大，巖石軟化情況嚴(yán)重，因此，該區(qū)段是底板控制的重要對(duì)象。

（3）巷道底鼓

對(duì)于軟巖巷道，底臌往往是導(dǎo)致巷道整體破壞的主要原因。巷道開(kāi)挖后由于應(yīng)力集中的影響均會(huì)出現(xiàn)破碎、松動(dòng)、塑性，形成破碎圈、松動(dòng)圈和塑性圈，松動(dòng)圈、塑性圈的外圍在地壓的作用下自動(dòng)形成壓力拱，上、下、左、右四部分的壓力拱之間因?yàn)橐獋鬟f環(huán)向應(yīng)力，從而形成封閉的環(huán)向應(yīng)力環(huán)。水平地應(yīng)力較大時(shí)，環(huán)向應(yīng)力圈的上下部分中的環(huán)向應(yīng)力值較大，此時(shí)基于巖石的蠕變效應(yīng)，該部位巖體將發(fā)生徑向方向的較大應(yīng)變，進(jìn)而引起質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)，下方發(fā)生底臌，上方發(fā)生冒頂。目前我國(guó)巷道支護(hù)都是采用一定的手段對(duì)幫頂進(jìn)行支護(hù)，且支護(hù)強(qiáng)度高，其外圍的應(yīng)力狀態(tài)均可得到一定程度的改善，故幫頂?shù)姆€(wěn)定性是較易控制的。長(zhǎng)期以來(lái)，由于底板缺乏成孔設(shè)備，錨索無(wú)法應(yīng)用；反底拱等措施又難以推廣，且成本高昂，故一般煤礦巷道的底板是不加支護(hù)的。正是由于底板沒(méi)有支護(hù)，故軟巖巷道的破壞均從底臌開(kāi)始。

3、支護(hù)方案及支護(hù)參數(shù)

根據(jù)巷道圍巖維護(hù)特點(diǎn)及目前巷道支護(hù)施工工藝，全斷面為泥巖，且底板泥巖厚度大于1000 mm段，采用底角錨桿（排距700mm）+底板錨索（2根）+注漿對(duì)巷道底板進(jìn)行支護(hù)。

底角錨桿在二次噴射混凝土前施工，錨桿選用M22 L=3000mm等強(qiáng)錨桿，角度與水平呈450，位置處于幫底交界處。排距600mm。

布置底板錨索，錨索規(guī)格采用φ22mm L=6300mm，間排距1600mm×1600mm，每斷面2根，錨索錨固與底板注漿一并進(jìn)行。

沿底板寬度等分布置2個(gè)注漿孔。漿液采用水泥水玻璃漿液，水泥采用525#，水玻璃濃度45B′e，用量為水泥重量的3%～5%，漿液水灰比為0.7，最大注漿壓力2.0 MPa，注漿時(shí)間以達(dá)到注漿壓力后保持10分鐘為準(zhǔn)。

4、結(jié)束語(yǔ)

許疃煤礦33采區(qū)回風(fēng)下山（-720m～-800m）在高地壓、圍巖蠕變動(dòng)力難以自制、巷道底鼓等影響因素下，根據(jù)巷道圍巖維護(hù)特點(diǎn)及目前巷道支護(hù)施工工藝，在巷道頂幫滿(mǎn)足支護(hù)的前提下，對(duì)巷道底板提出了底角錨桿（排距700mm）+底板錨索（2根）+注漿對(duì)巷道底板進(jìn)行支護(hù)，從現(xiàn)場(chǎng)的支護(hù)效果來(lái)看，該支護(hù)方案在有效控制圍巖的前提下，以較小的投入取得了理想的支護(hù)效果。從后期的礦壓監(jiān)測(cè)來(lái)看，該支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，大大減小了巷道的底鼓以及底鼓所引起的變形，滿(mǎn)足安全生產(chǎn)的要求，同時(shí)避免了后期巷道的維修所帶來(lái)的不便。實(shí)踐證明，其施工支護(hù)技術(shù)所選用的支護(hù)形式和設(shè)計(jì)參數(shù)是合理的，能夠滿(mǎn)足安全生產(chǎn)的需要，在同類(lèi)軟巖條件下巷道底板支護(hù)中能夠推廣運(yùn)用。

作者簡(jiǎn)介

張超（1977～），男，安徽宿州人，1997年7月畢業(yè)于安徽省煤炭工業(yè)學(xué)校?，F(xiàn)在淮北礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司許疃煤礦技術(shù)科掘進(jìn)組工作。