复杂地质条件下软岩巷道支护技术探讨

[摘 要]通过对朱仙庄煤矿II10310底板瓦斯抽放巷在高应力软岩、围岩破碎、近突出煤层等极复杂地质条件下施工过程中遇到的支护技术难题进行研究，结合现场实际情况，提出了合理的支护措施，并通过加强现场安全管理，确保了巷道在掘进过程中的安全。

[关键词]近突出煤层；支护措施；安全管理

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0225-01

前言

在我国，许多矿区在开采初期，地压不大，巷道容易维护，但随着矿区开采向深部延伸，岩体的应力近似于近水平应力状态，并且在深部开采中由于地应力的增大，多数的岩层性质都接近于软岩，围岩变形量也随之加大。在软弱围岩中施工巷道，掘进较容易，维护却极其困难。

淮北矿业股份有限公司朱仙庄煤矿Ⅱ10310底板瓦斯抽放巷施工期间将穿断层，围岩强度低，距离一灰近。根据Ⅱ10310底板瓦斯抽放巷实际情况，矿安全生产技术部门同施工单位共同研究讨论，提出了初喷、锚网、注浆、复喷联合支护方案，为巷道的安全掘进提供了有利的技术保障。

1、工程概况

II10310底板瓦斯抽放巷拨门施工位置位于矿井II3采区II837瓦斯抽排巷内，与二水平轨道大巷贯通，巷道设计全长349m（平）。设计施工前段64m层位在二迭系山西组10煤层上27～5m，后段351m层位在10煤层下5～44m，岩性以砂岩、砂质泥岩为主，局部段在泥岩中施工。

根据勘探资料分析，该区域地质构造复杂，主要发育断层有2条，另外巷道在掘进过程中，可能还会遇到隐伏小断层，大断层走向有一定的摆动和延伸，附近及其伴生断层发育，给巷道施工和维护会造成一定的影响。该区域内主要的断层为：ⅡF1：倾向165°倾角70°H=20～30m； F19：倾向165°倾角∠70°H=30m。

巷道主要在10煤底板施工，过F1断层后，巷道在一灰上60m～5.5m，巷道向下穿层施工，距离一灰渐近，自下坡变平拐弯施工93m后巷道底板距离一灰间距小于25m。巷道底板标高约-712m，比二水平大巷标高低，巷道高差约35m，水不能自行流出。

Ⅱ10310底板瓦斯抽放巷施工层位在-680m以下，为10煤层突出危险区，掘进过程中少量瓦斯会通过岩层及断层裂隙渗入掘进头。

2、理论分析

根据朱仙庄煤矿工程地质状况、围岩性质、支护现状，以及相关理论进行研究，朱仙庄煤矿Ⅱ10310底板瓦斯抽放巷软岩巷道围岩变形因素主要体现在高地压、岩石软化性、蠕变动力难以自身抑制等几个方面。

（1）高地压

Ⅱ10310底板瓦斯抽放巷巷道设计层位约为-712m，地表标高约+25m，则Ⅱ10310底板瓦斯抽放巷埋深约为737m，若上覆岩层平均密度按2700kg/m3考虑，在不考虑构造及采动影响的前提下，垂直应力：

σz=γH

式中γ―上覆岩层的平均体积力，KN/ m3；

H―距地表深度，m。

则理论上围岩所处垂直应力约为19.9Mpa，原始地应力大。

（2）岩石软化性

岩石的软化性是指岩石与水相遇作用时强度降低的特性。岩石普遍具有软化性，通常用软化系数（？）来表示水对岩石强度的影响程度，即水饱和岩石试件的单轴抗压强度Rcw与干燥岩石试件的单轴抗压强度Rcd的比值，软化系数是一个小于1的系数，该值越小，则表示岩石受水的影响越大。通常情况下，砂岩的软化系数为0.44～0.97，页岩软化系数为0.24～0.55，黏土岩软化系数为0.08～0.87。岩石的软化系数变动幅度很大，尤其是强度较小的岩石，其变动幅度更大。

Ⅱ10310底板瓦斯抽放巷围岩主要以泥岩和砂岩为主，层位结构复杂，层理、裂隙发育，岩石强度低，单轴抗剪强度2.4～7.4 Mpa，抗拉强度0.8～2.3Mpa。同时设计层位为-712m，比二水平大巷标高低 35m左右，水不能自行流出，水经渗流进入巷道松动圈并最终聚积起来，使围岩发生严重的软化，破坏、流变的程度比无水巷道围岩变得大得多。

（3）蠕变动力难以自身抑制

巷道开挖后，各种因素将造成了围岩应力状态的巨大改变，具有蠕变特性的岩石又会因为应力状态的改变而发生缓慢的形状改变，最终导致围岩质点的移动，由于这种“质点移动”只能向着巷道方向发生，故在支护反力小于蠕变动力的情况下，巷道变形在所难免。

Ⅱ10310底板瓦斯抽放巷围岩性质变化较大，有全部为砂岩的区段（范围较少），有全部为泥岩的区段（范围较广），有泥岩与砂岩兼有的区段。特别是在泥岩区段，其围岩蠕变动力十分强劲，加上底板含水较大，岩石软化情况严重，依靠其自身蠕变动力的衰减来控制围岩的变形具有较大难度。

3、支护方案

Ⅱ10310底板瓦斯抽放巷根据巷道围岩赋存情况和稳定性，设计采用锚杆支护为基础的喷、锚网、注浆、复喷综合支护技术。

（1）初喷混凝土喷层

光面爆破后敲帮问顶、挂防片帮网及临时支护，及时喷射混凝土封闭围岩，喷层厚30～50mm，混凝土配比水泥：黄沙：石子=1：2：2，水灰比=0.4～0.45%，混凝土标号C20。

（2）锚网支护

该巷道为高应力松软破碎围岩巷道，因此设计巷道断面考虑一定的预留变形，巷道断面尺寸为净宽×净高=4200×3500mm。

采用GM22/2500-490高强螺纹钢锚杆配合钢筋网联合支护。锚杆间排距为800×800mm，每根锚杆陪长×宽=200×200mm方球型托盘，钢筋网采用直径φ=6mm的钢筋加工而成，尺寸为长×宽=1500×1000mm，网孔100×100mm。全断面挂钢筋网，钢筋网压茬≮100mm，双股12#铁丝联网间距≯200mm。锚杆初锚扭矩≮300Nm，拉拔力≮80KN。

（3）滞后注浆及复喷

注浆时机应根据实际矿压监测确定，一般情况下滞后迎头100～150m。

沿巷道正中顶部施工一根中空注浆锚索，注浆锚索两边巷道拱基以上各布置两根注浆锚杆，注浆锚杆规格为：Φ25×2500mm的波纹钢注浆锚杆，注浆锚索规格为：Φ22×6000mm，锚杆（索）间排距为1600×2000mm。注浆锚杆、锚索与一次锚杆间隔布置。

注浆锚杆孔深≮4000mm，注浆锚索孔深≮6000mm。注浆锚杆外露长为100mm。注浆锚索配套采用的专用盖板及道具，外露长为150mm。

注浆液成分配比按水：水泥=1：1。注浆前，对需注浆段巷道进行复喷封闭，喷厚≮50mm，巷道复喷前，注浆锚杆尾部螺纹部分使用特制护套保护，防止被浆液覆盖，复喷后壁面不得出现空洞、裂隙。从巷道两帮底脚锚杆依次向上，对称注浆至巷道拱顶部。注浆后，闸阀滞留在注浆锚杆上≮6h，保持锚杆管内压力。尽可能低压注浆，每孔注浆量≮100L，注浆量以不发生大量跑浆为准，注浆时浆液从附近锚孔或裂隙中大量跑浆时，停止注浆，等30min后，再重复注浆1～2次，直至填满为止，空洞用黄泥封实。

4、结束语

朱仙庄煤矿Ⅱ10310底板瓦斯抽放巷，通过现场生产实践，根据巷道围岩赋存情况及稳定性提出了初喷、锚网、注浆、复喷联合支护方案，初期高应力锚网喷支护阻止松散破碎围岩结构劣化，限制围岩较大变形，后期注浆支护改变了围岩性能，提高围岩强度及围岩抗变形能力。通过后期矿压监测来看，联合支护技术能够很好的控制围岩变形，为矿井复杂地质条件下软岩巷道快速掘进提供了有利的技术保障，能够满足安全生产的需要，能够在同类地质条件下巷道掘进施工过程中推广应用。

作者简介：王本群（1972.9-），男，安徽淮南市人，助理工程师，毕业于安徽理工大学采矿工程专业，现在淮北矿业股份有限公司朱仙庄煤矿掘进二区任副区长。