松散软岩返修巷道锚网索架注耦合支护技术应用

1、概述

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12采区煤炭回采时的通风、行人、运输需要；其服务年限为39年。该巷西部与-310m主运输石门相连，南部为东翼皮带运输巷，东部和南部均未采掘；东翼皮带运输巷与该巷相距120m，在施工中不会对该巷产生较大影响。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。

2、东翼运输大巷破坏特征

2.1试验巷道技术特征

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12.8 m2。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2-3所示。

2.2试验巷道变形破坏特征

该巷道施工4个月后后巷局部地段出现底臌突出，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。现场调研发现巷道围岩变形破坏的主要特征为：① 在L7灰岩石中巷道很稳定，出了L7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；⑤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。如图2-4所示。

3、松散软岩巷道

3.1支护参数

根据现代围岩支护理论、复合支护原理及东翼运输大巷具体条件，决定采用喷浆+U29马蹄形可缩性钢棚+注浆+锚索梁+长锚索耦合支护方式，整体修复方案为：适当刷大断面预留变形量——初喷——架设29U马蹄形可缩性钢棚——复喷浆——注浆——全断面锚索梁主动控制围岩——底板长锚索锚注加固。

按20m分段：迎头架设U棚+全断面锚索，20m后在后巷架设反拱+混凝土浇注+喷浆，在40m后围岩注浆+底板锚注，三个地段可以平行作业。

支护参数为：

3.1.1 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。

3.1.2 全封闭带限位块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。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。

3.1.3 底板反拱

反拱半径为3101mm，反拱最大深度为1200mm。巷道底板反拱先浇注800mm混凝土，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Φ18.9×7300mm，眼深7m，排距1m。注浆锚杆长度800mm，最左一根距离左帮1200mm布置，最右一根距离右帮1200mm布置。

3.1.4注浆支护参数

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。

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；封孔树脂药卷密实，封孔深度为1.0m。

3.1.4支架加强锚索参数

针对U型钢支架承载的薄弱环节，结合巷道围岩移动变形特点，采用带梁锚索加强支护以控制支架薄弱环节的变形，从而减小29U型钢支架棚腿实际承受的载荷，实现对U型钢支架进行结构补偿，提高支架的整体承载能力。

锚索规格为Φ18.9×7300mm，材质为钢绞线，锚索布置如图所示，锚索托梁采用废旧U型钢或工字钢加工。

全封闭U型棚基础上锚索梁支护

锚索梁：巷道两帮分别采用2道（排）走向锚索梁加强支护，顶部1道（排）。巷道两侧最下根锚索向下带30～45°布置，另两根锚索向上斜带10～15°布置。两帮锚索间距1100mm，最下一根锚索距离底板800mm布置，排距1000mm，帮锚索排间用矿用工字钢连接。11号矿用工字钢，长度2000mm，眼距1000mm，每副锚索梁工字钢压4副U棚。钢绞线规格Φ17.8×7300mm，眼深7m，排距1m，每孔采用7节MSK2335型树脂药卷加长锚固。锚索预紧力不低于100kN，锚固力不低于250kN。

4、应用效果

东大巷从2011年12月15日起进行矿压观测，共进行5个月的矿压观测，观测结果表明，巷道修复取得了预想的效果。巷道表面位移是反映巷道围岩稳定状况的综合指标，主要观测内容为两帮移近量、顶底位移，左帮移近量及右帮移近量。围岩移近量与时间的关系曲线如图所示。

由曲线可知，巷道在扩巷掘进后的前7天内，两帮相对移近速度和顶板下沉速度较快，巷道表面位移表现为迅速增大；7至30天内，两帮相对移近速度和顶板下沉速度减缓，巷道表面位移表现为缓慢增加；30天以后，围岩处于稳定状态，但由于巷道岩体具有蠕变特性，因此围岩仍保持一个很低的变形速度，产生较小的变形量。总体上，巷道顶板下沉量和两帮移近量都比较小，顶板最大下沉量为260mm，两帮最大移近量为300mm。

5、结语

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、两帮形成稳定的的锚固承载结构，有效控制软岩巷道围岩的流变变形。通过锚网索架注耦合支护，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。