井巷工程软岩巷道二次加固支护技术

摘 要 泉店煤矿-540m东翼轨道大巷属于典型断层构造带高应力软岩巷道，围岩较为破碎，裂隙发育，应力集中程度较高。巷道易陷入“前掘后修”的恶性循环，通过采用二次加固支护技术进行围岩加固，有效地抑制了新掘进巷道围岩的离层及变形，取得了良好的支护效果。

关键词 断层构造带；高应力；软岩巷道；二次加固

中图分类号TD35 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）93-0185-02

1 概述

泉店煤矿位于禹州煤田东部，设计生产能力为1.2Mt/a，全井田共有发育断层31条，其中落差大于100m的4条，落差30m～20m的4条，落差小于20m的23条。井田中部的DF04断层（落差0m～75m）把本区分为东、西两个断块， -540m东翼轨道大巷属于典型的断层带高应力软岩巷道，掘进过程中揭露岩体较为破碎，裂隙发育，应力集中程度较高，因此在掘进期间受断层切割影响严重。

2围岩变形破坏特征及原因分析

2.1 围岩变形破坏特征

2.1.1 巷道原有支护方式

东翼轨道大巷设计断面为半圆拱形，墙高1600mm，净宽4600mm，净高3900mm，净断面积为15.7㎡。设计支护方式为锚网索喷，初次支护选用锚杆材质为Φ20mm×L2400mm左旋无纵筋螺纹钢，锚杆间排距为700mm×700mm；同时，在巷道拱部布置5根Φ18.9mm×L8000mm的锚索进行加强支护，锚索间排距为1400mm×1400mm。喷砼厚度为120mm。金属网片为Φ6mm钢筋加工的100mm×100mm方格网，在此基础上，当顶板较为破碎时使用双层钢筋网护顶。

2.1.2 巷道围岩变形破坏特征

1）距掘进工作面10m范围内，巷道整体支护状况良好，帮顶未出现明显变形；

2）掘进工作面向外10m～20m范围内，拱顶部分喷浆体出现开裂、掉落现象；

3）随着距离工作面距离的延伸，当超过40m范围时，已支护巷道出现两帮内移、顶板下沉等强烈变形破坏现象，喷浆体开裂严重，底鼓现象较为强烈，变形严重区域已威胁矿井安全生产。

2.2巷道围岩变形破坏原因分析

2.2.1巷道围岩岩性差，矿压显现强烈。

东翼轨道大巷在掘进过程中，受所处区域内断层构造引起的高应力作用影响，围岩较为松软、易破碎，揭露围岩整体强度偏低，造成矿压显现强烈。

2.2.2构造应力对巷道稳定性影响较大。

原岩地应力测试结果表明，沿巷道方向的应力分量为12.43MPa，垂直于轨道大巷的应力分量为12.95MPa。在强烈的水平构造应力作用下，巷道两帮呈现很大的拉应力而破裂、鼓出和塌落，由于岩体抗压强度远大于抗拉强度。在垂直水平构造应力的巷道内，底鼓都比较剧烈，在软岩巷道别明显。底板岩层在水平构造应力作用下，与煤田形成褶曲相类似，向巷道空间鼓起，随着水平构造应力逐渐释放才会趋向缓和。实测资料表明，在水平构造应力大于垂直应力的情况下，直接底板很容易破坏而导致底鼓，特别是在直接底板松软的情况下更为如此。因此，较高的水平构造应力是引起巷道底板岩层破坏和强烈底鼓的重要原因之一。

2.2.3初次支护结构整体稳定性较差。

东翼轨道大巷在采用锚网喷支护作为基本支护的同时，尽管在巷道拱部布置了5组高强预应力锚索，一定程度上提高了顶板拱结构的承载能力，但由于未考虑提高锚网支护结构的整体稳定性，使得巷道两帮成为结构失稳的突破口，并随着两帮的失稳、破坏，造成顶板梁结构的承载能力难以充分发挥，这是巷道顶板、两帮强烈变形及锚索大量失效的重要原因。

2.2.4底板未采取支护措施。

东翼轨道大巷揭露围岩以泥岩和砂质泥岩为主，并且节理、裂隙发育，造成底板岩层整体强度较低，这为巷道强烈底鼓奠定基础。另外，由于巷道初次支护过程中未对底板采取控底措施，巷道两帮和顶板支护后，导致底板成为巷道变形、破坏的突破口，从而引起底鼓现象的发生。

3二次加固技术方案

针对以上对-540m东翼轨道大巷围岩变形破坏的原因分析，对新掘巷道提出二次围岩加固技术方案，采用A、B两种支护断面，且断面A和断面B相间布置，具体参数如下：

1）锚杆材质改用Φ20mm×L3000mm的左旋无纵筋螺纹钢，锚杆间排距改为750mm×700mm，每个锚杆孔使用2支K2350树脂锚固剂进行锚固，锚固力不低于70KN。锚杆起锚高度为300mm，底角锚杆向下扎角10°，辅助控制巷道底鼓。锚索间距按照支护断面图A、B所示进行布置，锚索预紧力不低于130kN；

2）对底板采用锚杆+锚网+锚索+浇筑混凝土支护，采用树脂和胶泥联合锚固方式，提高对软岩巷道底板的锚固效果，具体支护措施如下：

（1） 采用风镐对巷道底板进行卧底后（卧底深度为设计底板下150mm），在靠近水沟外壁380mm处布置一根Φ20mm×L3000mm底脚锚杆，水沟中间位置布置一根Φ18.9mm×L4000mm锚索，距巷道左帮1.6m处布置一根Φ18.9mm×L5000mm锚索。底板锚杆、锚索排距控制在1.0m范围内，底板锚杆间距为700mm，锚索间距为1400mm；

（2）为防止锚杆、锚索孔在施工过程中塌空，可在软岩巷道段底板锚杆、锚索孔附近布置注浆孔进行预先注浆，注浆孔间排距为1500mm×1500mm，孔深2000mm，注浆深度1500mm；

（3）锚杆+锚网+锚索支护工作完成后，再进行二次浇筑混凝土，浇筑厚度为150mm，以保证底板设计标高。同时，锚索外露超过底板部分及时剪掉。按照二次围岩支护锚索位置施工锚索，锚索型号Φ18.9×6500mm、材质为1860钢绞线，每个锚索孔采用4支K2350树脂药卷，锚具采用锁芯为两半的锁具，同时托盘可采用自制的压平U型钢托盘，安装完锚索后要对其进行张拉，要求张拉时油压不低于30Mpa，锚索预应力不低于8t。

4结论

通过对断层破碎带受构造应力影响的高应力软岩地段采用二次围岩加固支护技术，新掘巷道（100m）在施工结束6个月后，巷道变形控制在200mm左右，巷道维护状况良好，巷道不需二次维修，满足了正常生产需要，有效控制了巷道维修成本，并且对保障矿井采掘接替平衡和安全生产意义重大，具有很高的推广应用价值。

参考文献

[1]钱鸣高，石平五，著.矿山压力与岩层控制.徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[2]张农.巷道滞后注浆围岩控制理论与实践.中国矿业大学出版社，2004.