劉新元

摘 要：近些年來礦井在不斷深入挖掘的過程中，經(jīng)常會遇到軟弱圍巖地段，在這個地段中普遍土質(zhì)松軟，圍巖多為頁巖、泥巖及砂質(zhì)泥巖，強度低、穩(wěn)定性差、極易坍塌，并且遇水后容易整體變軟膨脹，如果在這個地段進行巷道施工，巷道會因為這樣的地質(zhì)狀態(tài)隨時出現(xiàn)變形，增大維修頻次，增加維護成本及基建投入。錨桿支護技術是我國地下開采作業(yè)中常用的一種加固支護方式，其具有支護效果好、操作工序簡便，使用成本低等特點。本文對軟弱破碎圍巖巷道錨桿支護技術進行研究，并對其實際使用進行分析，以此來為今后礦井安全作業(yè)提供參考。

關鍵詞：圍巖巷道控制；錨桿支護技術；研究；實踐；分析

近些年我國地下煤礦資源使用量較大，導致當前淺層煤炭資源幾近于開采殆盡，促使大部分礦井逐漸轉(zhuǎn)向深部開采，而因為地下環(huán)境復雜，在礦井巷道施工過程中，經(jīng)常因為圍巖變形等原因?qū)ο锏肋M行反復維修，尤其在軟弱圍巖地段巷道，維修次數(shù)更甚，無法保證巷道的利用率。為了永久解決此問題，我國近些年特別針對破碎巷道支護技術進行研究，并取得了相應成果，下面便對此技術進行詳細分析。

1 工程概況

1.1 基本地質(zhì)概況

南方某煤礦年設計生產(chǎn)能力120萬噸，一般來說，南方礦的礦井運輸大巷一般部署在煤系地層底部茅口灰?guī)r中，采區(qū)巷道從運輸大巷開始垂直煤系向頂部掘進，而煤巷和機巷一般在煤層與采區(qū)巷道交匯處沿煤層頂板掘進，巷道變形多發(fā)生在采區(qū)運輸巷道中，多施工長錨桿及錨索；而煤巷使用壽命不長，其變形處理多采用短錨桿支護。所以，不同用途的巷道變形處理方式應不同。在本礦井中，采區(qū)運輸巷道周圍幾乎都為不穩(wěn)定圍巖，并且?guī)r層結(jié)構(gòu)分層嚴重，裂縫持續(xù)發(fā)育，單軸的抗壓強度僅為10.20MPa左右，必須進行對頂板巖層進行支護。并在支護過程中特別注意煤層底板中水層的發(fā)育，防止出現(xiàn)巖層遇水膨脹問題將支護措施沖擊變形。

1.2 目前采區(qū)運輸巷道礦壓特征

本礦井的采區(qū)運輸巷道頂板位置巖層普遍分層明顯，并且兩側(cè)巖體的結(jié)構(gòu)均呈現(xiàn)發(fā)育狀，強度不均衡，綜合要低于頂?shù)装鍙姸?。采區(qū)運輸巷道頂板有彎曲變形的趨勢，這樣的變形會直接導致巷道頂板大幅度下沉、破損、多層分類等問題。同時結(jié)構(gòu)面還在隨著底層變化不斷發(fā)育，很容易形成垮幫、片幫現(xiàn)象，并且頂板巖層彎曲程度加大，會增加兩幫頂角部分的應力集中程度，壓碎力度更大，片幫問題、垮幫問題會更加嚴重，致使頂板支撐作用力下降，頂板巖層進一步彎曲變形，形成惡性循環(huán)。

2 支護設計及參數(shù)選擇

2.1 設計依據(jù)

根據(jù)巷道頂部掘進中出現(xiàn)不同程度的位移、底鼓，結(jié)合鉆孔取芯和補打12.5m錨索時出現(xiàn)較大淋水、塌孔等特征可以確定，此部位符合軟巖巷道穩(wěn)定性差、變形量大、變形速度快、風化、底鼓及遇水膨脹等基本特征。

軟巖巷道變形破壞的一般規(guī)律為：巷道地壓隨埋藏深度變化明顯，巷道四周來壓，底鼓明顯，變形壓力遠大于松散壓力。因此軟巖的底板管理非常重要，現(xiàn)場的經(jīng)驗是“治幫先治底，治底先治水”。且任何一種支護形式，在松軟巖層條件下，都必須采用以柔克剛，先柔后剛的支護方法才能取得應用的效果?？傊捎眉用芗娱L錨索或重新刷大巷道至掘進斷面并澆筑鋼筋混凝土效果不明顯，有效的處理方案是先進行注漿加固，漿液能夠在圍巖中流動滲透到一定的范圍，然后進行錨索支護。注漿后能明顯地提高圍巖的強度和整體承載能力。

2.2 加固方案

注漿一錨索支護：采用人工鑿除已開裂擠出的混凝土或噴混凝土體，并噴混凝土封閉所有裂縫，淺孔中壓注漿配合強力錨索加固。

2.3 注漿加固參數(shù)

注漿孔間排距：間距2000mm，排距3000mm，淺孔深孔穿插布置，根據(jù)巷道破壞程度及裂隙發(fā)育情況進行調(diào)整。

注漿孔深：淺孔注漿深度5m，深孔注漿深度20m，頂孔以進入煤層頂板8m為準。

注漿壓力：淺孔2-3MPa，深孔4-6MPa。

注漿材料：淺孔注漿采用525普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比0.5：1；深孔注漿添加XPM納米灌注劑以降低水灰比，同時可使水泥強度達69.3MPa，XPM添加量應為水泥質(zhì)量的6%-7%，配合比為XPM：水泥：水=1：15：7.5；封孔用水泥-水玻璃雙漿液，漿液水灰比1：0.4。

注漿順序：淺孔、深孔分開施工，并分別隔排交叉注漿，注漿時先淺孔后深孔、由下向上按順序完成。

2.4 錨索參數(shù)

錨索規(guī)格：采用918.9mm×15.3m高強度低松弛鋼絞線錨索，配300mm×300mm×16mm高強托盤（附帶調(diào)心球墊），承載力不低于250kN。

錨固方式：全長錨固錨索，其中端頭采用樹脂藥卷錨固，1支K2335藥卷，2支Z2360藥卷，其余部分采用水泥漿錨固。

3 實踐結(jié)果及分析

為全面掌握注漿與錨索聯(lián)合支護后巷道圍巖變形、錨索受力及支護效果，進行了巷道圍巖變形與錨索受力監(jiān)測。

3.1 錨索受力

巷道頂板錨索安裝半天后，最大載荷達到要求；2d后頂板錨索載荷達到設計載荷；錨索載荷增長速度較快，說明能迅速承載，抵抗變形壓力，控制圍巖變形，7d后錨索荷載趨于平穩(wěn)。施工中錨索未出現(xiàn)拉斷破壞現(xiàn)象，說明其所受載荷未達到錨索極限載荷，選用錨索力學參數(shù)合理。

3.2 圍巖表面位移

從頂板變形速度與時間關系來看，頂板圍巖變形大體可分為3個階段：第一階段變形速度快，變形量大；第二階段變形速度處于下降調(diào)整期，此時錨索工作阻力不斷提高，抵抗圍巖的變形壓力；第三階段為變形速度處于下降穩(wěn)定期，此時錨索錨固力與圍巖變形壓力處于平衡狀態(tài)。

從頂板表面位移看，前2d變形量較大，后期變形在7d內(nèi)結(jié)束，頂板表面總位移2-3mm。

兩幫表面總位移量為1-2mm，變形速度與時間關系基本上與頂板相同。這是因為頂板變形控制較好，減輕了兩幫所受的載荷，而且兩幫錨索支護參數(shù)選擇合理，能有效地控制兩幫位移。

4 經(jīng)濟對比分析

在軟弱破碎圍巖巷道中使用常規(guī)錨桿支護技術也可以解決巷道頻繁維修問題，但相比之下使用本工程中采用的方法，整體錨桿支護會更加牢固，在不發(fā)生特殊地質(zhì)變化時，一般可以一直保證巷道完整性，在很大程度上節(jié)約了巷道維修的資金投入，增加了礦井的整體經(jīng)濟收益，對今后煤礦礦井安全作業(yè)，煤礦開采可持續(xù)發(fā)展起到了極大促進作用。

結(jié)束語

綜上所述，針對當前礦井巷道施工中遇到的軟弱圍巖地段問題，可以根據(jù)不同的地質(zhì)特征，不同的巷道修建情況，使用不同的支護技術，比如巷道中如果遇水或者出現(xiàn)高地應力膨脹變形現(xiàn)象，為了避免出現(xiàn)巷道重復修繕，可以采用錨桿支護保證支護體系的穩(wěn)固性，以此來減少施工資金投入，促進礦井作業(yè)順利進行。

參考文獻

[1]郝玉，李亮，寇德瑞.軟弱破碎圍巖巷道錨桿支護技術研究與實踐[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2010，20（18）：227-228.

[2]魏樹群.軟弱破碎圍巖條件下綜采巷道錨桿支護設計優(yōu)化[J].河北煤炭，2002（6）：23-25.

[3]張學生.濟礦集團陽城煤礦深井巷道軟弱破碎圍巖平衡支護技術與應用[D].山東科技大學，2011.

[4]饒志強，賴文奇，楊建.軟弱破碎圍巖回采巷道錨注加固支護技術研究[J].采礦與安全工程學報，2005，22（2）：68-70.