强构造应力环境岩层的应力场支护技术实践

【摘要】淮北矿业股份公司袁店二矿81采区三条石门在开掘之后，矿山压力显现剧烈，特别在断层、破碎带等强构造应力集中显现，巷道底鼓、两帮位移较大，影响巷道的正常使用。通过强构造应力环境岩层的强构造应力场支护技术实践，对81采区7213配电硐室局部巷道的实验，彻底改变了围岩的力学性质，维修的巷道取得较好的支护效果，对强构造应力环境岩层的巷道变形及后期维护具有一定的借鉴作用。

【关键词】构造应力场；注浆加固；巷道修复

1、工程概况

淮北矿业集团袁店二矿位于安徽省濉溪县与涡阳县的交界处，属晚古生代石炭二叠纪煤田，东西长约22Km，南北宽1.2～3.4Km，面积78.82Km2。本区总体构造形态为一走向北北东，倾向北的单斜断块，褶曲不发育。地层倾角较平缓，一般在5°～15°。断层较发育，各煤层的顶板岩石以泥岩、炭质泥岩为主，砂岩、粉砂岩、细砂岩零星分布，本区构造复杂程度属于中等类偏复杂。

袁店二矿7213配电硐室附近的巷道，采用36U型支护，棚距600mm，网片采用横筋为Φ12mm圆钢、竖筋为Φ8mm圆钢电焊成650mm×400mm的网片，网格边长×边长=70mm×70mm，喷厚150mm，混凝土强度等级C20。周围巷道变形严重，具体变现为底鼓、两帮收敛、顶板下沉、喷浆浆片爆皮涨裂严重。巷道尺寸缩小约40%～75%，经常造成轨道出现阴阳道，通车困难，给予巷道使用带来很多安全隐患。通常，每月要进行一次卧底、掉道，给矿井安全生产带来很多安全隐患。

2、强构造应力环境研究的背景

构造应力是煤矿岩石巷道发生特大变形、严重破坏的主要因素，某些强构造应力带，巷道开挖后，短期内即发生完全撮合，如淮南矿区顾桥中央区的南翼轨道巷，开挖不到一年，原21m2的断面平均剩余面积仅0.25m2，部分地段完全撮合，此种情况在我国各大矿区均有不同程度的出现，给生产和安全带来了极大隐患。现淮北矿业集团袁店二矿此种情况比较严重，较强的构造应力场不仅给新掘巷道的使用带来较大的影响，也造成已掘巷道频繁的修复。

3、支护方案设计

3.1工程简介

针对以上情况，该矿与安徽理工大学矿山工程力学与支护技术研究院合作，制定了新的支护方案，即在7213配电硐室新掘巷道试验36U、喷浆、锚杆、网、注浆联合支护，遇构造带及地质异常时，采用缩小棚距与锚网间排距等措施应对。

3.2永久支护

3.2.1巷道断面

断面形状：直墙半圆拱，具体形状见附图1

3.2.2永久支护主体方案

主体方案分基本方案与特别加强方案。基本方案为整个巷道必须实施的方案，若基本方案无法达到理想效果时，采用基本方案+特别加强方案。

基本方案：U型钢+锚杆组合梁+注浆

永久支护特别加强方案

4、支护参数

4.1U型钢棚参数

支架采用3节36U钢加工，搭接长度500mm，棚距500mm，每处搭接采用两幅限位卡缆和一副普通双面卡缆固定，U型钢之间采用5对卡缆式拉板连接，每压茬处拉板与支架连接卡缆联合使用，其他两幅为独立的卡缆式拉杆，卡缆螺母扭矩不小于300KN.m，采用钢筋网背帮、背顶，网片采用横筋为Φ12mm圆钢、竖筋为Φ8mm圆钢电焊成650mm×400mm的网片，网格边长×边长=70mm×70mm，喷射混凝土强度等级C20，喷厚150mm。

4.2锚杆组合梁

托梁采用11#工字钢加工，加工成长700mm托梁，锚杆采用Φ22mm×2800mm高强度螺纹钢锚杆。

4.3注浆参数

4.3.1注浆锚杆

间排距为1500×1800mm，每排布置9根注浆锚杆，从巷道中顶向两帮均匀布置5根注浆锚杆，巷道左、右帮底脚布置2根注浆锚杆与水平方向呈45°角倾斜向下布置，巷道底板垂直向下布置2根注浆锚杆，外露100mm；注浆管采用Φ22mm无缝钢管加工，注浆管长度2.5m，每根注浆锚杆使用1支Z2535型树脂锚固剂，使用1支速凝水泥封口，杆体每300mm钻1个孔。注浆水泥采用PC32.5标号普通硅酸盐水泥，水灰比为1：1。（详见图3-3）

4.3.2底板锚索注浆

底板锚索采用Φ22mm×6300mm的高强锚索，托盘为29U型钢，长度为3400，底板锚索以巷道轴线为对称轴，按照间排距1600mm×1600mm进行布置，每断面布置3根。底板锚索的锚固分3种情况：（1）底板中含有大量游离水情况，锚索锚固又有两种方法：a、锚索孔成孔后，首先采用水下锚固剂实施锚固，然后通过注浆实施全长锚固；b、将两根3m的注浆锚杆丝扣连接并与锚索捆绑在一块，下放至设计位置后，用马丽散实施锚固与注浆一次性处理，段部用快干水泥封口，快干水泥距上端距离300mm。（2）底板无水情况，直径用药卷锚固，然后插入注浆管（3000mm）实施水泥注浆。

5、强构造应力环境岩层的强构造应力场支护效果分析

自2011年12月强构造应力支护设计方案实施以来，该巷变形、底鼓得到了控制，巷道稳定，至今未出现大面积的变形、底鼓，巷道工程修复强度明显下降，工程质量得到保障，从源头降低了顶板隐患的发生。

结合该支护方式，又延伸了U型钢+锚索组合梁支护形式，托梁采用回收修复后U型加工，通过在该矿北翼轨道大巷、7216集中机巷、82采区胶带石门等，取得良好的支护效果。从效益方面分析，虽说巷道直接成本增加了，但从巷道修复方面看，大大降低了修复成本和人力，减轻了工人的劳动强度。权衡该方案是切实可行的，设计是合理的，经济效益是明显的，缓解了生产连续紧张的压力。

作者简介

张江伟（1986-），男，河南商丘人，助理工程师，主要从事煤矿开采设计、掘进施工与安全管理工作。