软岩巷道修复技术研究

中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2012）12-0263-02

摘要：通过对软岩变形巷道观察、研究，分析巷道变形原因，确定修复巷道时支护形式及支护参数，以减少巷道变形量，确保巷道支护长期有效。

关键词：软岩巷道 修复 支护参数

一、变形巷道概况

常村煤矿-310m水平东翼运输大巷为矿井主要轨道运输大巷，满足矿井东翼各采区回采时的通风、行人、运输需要。该大巷为穿层巷道，穿过的岩层主要有砂岩、泥岩、沙质泥岩，但大部分区段为泥质砂岩，地层构造非常复杂。

巷道形状为直墙半圆拱形，净宽3400mm，毛宽3600mm，净高3300mm，毛高3400mm，墙高1600mm，净断面积12.8m2。巷道原支护采用高强树脂锚杆、金属网等联合支护技术，锚杆间排距800×800mm；还有一些巷段采用锚索加强支护。巷道原支护示意图如图1所示。

该区域巷道局部地段底臌突出，顶板开裂剥落，尤其帮底角处已严重内移，巷道变形和底臌并未停止，断面收缩非常明显，多数地段不得不回头重新翻修，巷道表现为全断面来压，尤其是帮底变形严重，采用普通锚喷支护形式都不能有效控制巷道变形，维修周期仅为1～1.5年，期间两帮移近量高达1000mm，底臌量超过500mm，如图2所示。

巷道变形破坏的基本特点为：

1）在7灰岩层中巷道很稳定，出了7灰岩层巷道基本为泥岩和煤线互层，巷道变形严重。

2）巷道揭露岩体强度较弱，围岩破碎，支护难度大；

3）掘进迎头围岩赋存条件变化十分频繁，施工管理难度大；巷道底部与顶端为强拉应力区，易造成底臌与冒顶；

4）该巷道为开拓巷道，服务年限长，对变形控制要求高；

5）局部地段围岩中含有煤线，强度更低，施工难度和后期变形控制难度进一步加大；

6）棚子搭接处加长、卡缆断裂、水泥背板多处断裂悬吊、支架腿子扭曲、顶梁尖角变形破坏。

东大巷自成巷以来，巷道围岩一直受水的作用影响，加之围岩本身层理裂隙发育、粘土矿物含量高，巷道处于长期蠕变状态。当围岩松动圈发展超过锚杆的长度时，锚杆的锚固力迅速降低，部分锚杆失效，从而不能有效控制巷道围岩变形，引起喷层开裂，巷道断面收缩、底臌严重。

二、修复方案确定

为了解决巷道变形问题，通过现场观察和研究，确定采取以下方案：

1、马蹄形全封闭式29U型钢支护

1）初喷：刷大断面达到设计要求，净宽4.4m（毛宽4.6m）宽度控制施工。巷道净高3.8m，净断面14.6m2。敲帮问顶后即进行喷浆，喷浆前应处理活矸，及时喷射混凝土封闭围岩，水泥采用硫铝酸盐快硬水泥，水灰比=0.42，喷浆前必须清洗岩面，喷层厚度30～50mm。

2）全封闭U29型钢马蹄形支架支护：架设全封闭限位块U29马蹄形钢棚，棚距500mm。每架支架采用4节结构，每节之间搭接500mm，搭接处用2副卡缆固定。气扳机安装，螺栓紧固扭矩不小于300N·m。支架间用6个拉杆连接，分别位于架顶、架肩、底梁腿连接处、底梁中间。每棚的顶帮用Ф6.5mm钢筋制成的钢筋网背严，钢筋网规格：2000×1000mm，网格规格为70mm×70mm，网和棚接点每隔200mm用8#铁丝捆扎，如图5-1所示。

3）底板开挖形成反拱结构，反拱半径为3101mm，反拱最大深度为1200mm，见图3。

4） 短掘短支：即扩帮挑顶够一棚架一棚。

2、底板反拱混凝土浇注并锚注锚索

1）底板锚注锚索：巷道底板反拱浇注混凝土，先浇注800mm密实后，采用2根预应力钢绞线锚索配400mm×400mm×16mm+200mm×200mm×12mm的托盘锚注支护。钢绞线规格Φ17.8×7300mm，眼深7m，排距1m，注浆锚索先注浆，浆液凝固达到锚固力设计要求后张拉上紧固定。注浆锚杆长度800mm，4分钢管制成；封孔可采用空心水泥卷或树脂药卷密实，封孔深度不小于0.5m。注浆最大压力为2MPa。最左一根距离左帮1200mm布置，最右一根距离右帮1200mm布置。待张拉完毕，混凝土回填400mm（反拱最大深度）并留设水沟。

3、注浆支护参数

U29钢棚架设巷段30～50m，集中进行全断面的喷浆注浆工作。

1）采用马蹄形棚和喷射混凝土联合支护，混凝土不宜太厚，一般以盖平棚子为宜。

2）返修段注浆采用长短孔交替循环注浆。长孔深为4000mm，短孔深度为1500mm。注浆顺序为：先下后上，先底脚，后两帮、再肩窝、最后注正顶。

3）注浆：注标号525的硫铝酸盐快硬水泥，先注短孔，后注长孔，水灰比0.85～1.0，注浆压力、渗透范围和注浆量应根据注浆实际情况进行确定，但必须采取低压注浆，而且滞后注浆钻孔的布置可根据岩层倾角和裂隙非对称布置。注浆量要饱满充实，并以每个孔不发生跑浆漏浆为宜。

4）注浆锚杆规格：长短孔分别采用长度为3000 mm和800mm的注浆锚杆进行注浆，其中3000 mm的注浆锚杆钢管1000mm长度后十字错开钻孔，孔径由大逐渐变小，前端孔径Φ=8mm，后端孔径Φ=4mm；封孔可采用空心水泥卷或树脂药卷密实，封孔深度为1.0m。注浆压力为1～1.5MPa。短孔注浆锚杆钢管500mm长度后十字错开钻孔，孔径Φ=6mm，孔径主要进行浅部破碎围岩胶结和U型棚壁后宏观裂隙快速灌注封闭作用。

5）注浆孔布置：采用风锤进行钻孔或直接采用自攻式锚杆，每断面7孔布置，排距1000mm，注浆孔布置参考图4所示，

6）成品巷道坚持洒水养护14d。

三、总结

综上所述，本设计中的参数合理，在松软破坏围岩条件下，采用U型棚支护，在巷道扩刷初期及时支护，稳定围岩的同时有控制的释放围岩中的巨大变形能量，降低围岩应力，使围岩进入稳定变形状态。适时采用滞后注浆加固技术，在充填围岩裂隙地同时，进行支架壁后充填，改善支架的受力状态，充分发挥支架的高承载能力。在此基础上，根据软岩巷道围岩的蠕变特性，采用长锚索高预紧力支护系统，充分调动深部围岩的自身承载能力，同时提高后期支护的刚度，在巷道顶板、两帮形成稳定的锚固承载结构，有效控制软岩巷道围岩的流变变形。通过架锚注这三步程序，在巷道围岩浅表区域形成了一个具有一定厚度和一定强度的承载壳，以维护巷道的长期稳定性。

根据软岩构造带高应力区域巷道围岩变形和破坏表现出的明显的阶段性特征，动态监测巷道围岩的变形和强度弱化过程，针对性地采取分阶段加固补强措施，可以较好的维护围岩稳定，形成互相促进、互相补强的有机组合结构，避免各个击破，实现经济支护。因此本支护方案达到了预期的目标，控制变形效果较好，试验达到了预期目标，为该巷道长期稳定性维护打下了良好的基础。