“探、注、锚”地质构造区巷道围岩控制技术

郑树权，李景涛

(龙煤集团双鸭山分公司东荣二矿，黑龙江 双鸭山 155142)

由于缺乏可靠小地质构造资料，当巷道掘进盲目揭露地质破碎带时，长出现围岩跨落、巷道冒顶等安全事故，影响巷道掘进施工安全技术速度，在围岩控制上也只能待破碎带冒落稳定后进行，无有效可行办法。且目前双鸭山矿区地质构造发育区支护方法比较传统，一直以架木垛、工字钢金属支架、U型金属支架为主，工程量大，操作安全性差，支护结构稳定性差，在受到采动应力影响后易发生支护结构破坏、冒顶等事故。

1 “探、注、锚”支护技术理念

常规巷道围岩的支护理论和技术更多的是仅从支护前的巷道工程地质条件出发，采用静态的观点分析问题，很少从巷道维护的全过程出发，也很少考虑开挖后围岩对支护的动态力学响应，采用常规支护时，巷道在整个维护期间稳定性都在降低，围岩赋存状态始终处于劣化状态，因而很多软岩巷道稳定性问题解决的不够理想。20世纪80年代以后，巷道围岩控制技术快速发展，支护围岩关系的认识更加深入，围岩不仅被看作传递和产生载荷的介质，同时也是与各种在其内部或外部支撑的支护结构物构成统一的、相互作用的共同承载体[1-2]。因此加固围岩以改善和提高围岩本身的力学性能已成为支护技术发展的主流，采用先进科学的维护技术能够改善或保持围岩的稳定性，满足工程要求。本课题组提出“探、注、锚”深部破碎围岩巷道支护技术原理包括如下几个要点。

“探”以探测为先导，对巷道围岩进行预探，即在巷道掘进前通过钻探、物探技术对巷道围岩进行超前探测，以探明巷道掘进前方围岩变化情况；当探测出巷道掘进前方存在地质构造或围岩破碎时，以及巷道掘进后由于应力变化导致巷道围岩破碎时，通过注浆锚杆对破碎围岩进行注浆加固围岩，同时注浆锚杆本身的全长锚固作用使注浆后的破碎围岩承载能力明显提高。

“注”通过注浆技术，对破碎煤岩体进行注浆加固，使破碎围岩重新形成稳定的整体，人为形成一个承载结构，改变原有破碎围岩力学状态，充分发挥煤岩体的自身承载能力，在防止围岩进一步破碎同时，达到控制围岩目的。

“锚”结合锚注支护技术，通过注浆锚杆[3]的注浆加固，形成全长锚固，使破碎围岩内形成稳定的全长锚固结构，不仅在注浆锚杆长度范围内形成锚固作用，同时通过注浆体扩大了注浆锚杆的锚固范围，增强了锚杆在围岩中的锚固能力，使围岩与支护体之间形成更稳定的整体，达到控制破碎围岩的效果。

2 “探、注、锚”支护技术关键技术手段研究

2.1 探测技术

利用瑞利波探测仪，对巷道掘进工作面进行超前探测，分析掘进前方80m范围内明显地质异常，结合地质资料明确地质异常属性、赋存位置，掌握构造带准确位置。当巷道掘进至构造区破碎带前一定距离时，施工破碎围岩巷道快速通过及控制技术。

2.2 锚注支护技术

“探、注、锚”支护技术中的“注”和“锚”通过注浆锚杆将破碎围岩注浆加固与打设全长锚固锚杆两种加固手段以及操作工艺流程有机结合，使“注”、“锚”一体化。

2.2.1 锚注支护加固机理

1)采用注浆锚杆注浆，可以利用浆液封堵围岩的裂隙，隔绝空气，防止围岩风化，且能防止围岩被水浸湿而降低围岩的本身强度。

2)注浆锚杆注浆后将松散破碎的围岩胶结成整体，提高了岩体的内聚力、内摩擦角及弹性模量，从而提高了岩体强度，可以实现利用围岩本身作为支护结构的一部分。

3)注浆锚杆注浆后使得喷层壁后充填密实，这样保证荷载能均匀地作用在喷层和支架上，避免出现应力集中点而首先破坏。

4)利用注浆锚杆注浆充填围岩裂隙，配合锚喷支护，可以形成一个多层有效组合拱，即喷网组合拱、锚杆压缩区组合拱及浆液扩散加固拱，形成的多层组合拱结构，扩大了支护结构的有效承载范围，提高了支护结构的整体性和承载能力。

5)注浆后使得作用在拱顶上的压力能有效传递到两墙，通过对墙的加固，又能把荷载传递到底板。由于组合拱厚度的加大，这样又能减小作用在底板上的荷载集中度，从而减小底板岩石中的应力，减弱底板的塑性变形，减轻底朦。底板的稳定，有助于两墙的稳定，在底板、两墙稳定的情况下又能保持拱顶的稳定;顶板的稳定不仅仅取决于顶板荷载，在非破碎带中关键取决于底板和两墙的稳定，因此注浆支护的又一个重点就是保证两帮与底板的稳定，从而保证整个支护结构的稳定[4]。

6)注浆锚杆本身为全长锚固的锚杆，通过注浆也使端锚的普通锚杆变成全长锚固锚杆，从而将多层组合拱联成一个整体，共同承载，提高了支护结构的整体性。

7)注浆使得支护结构面尺寸加大，围岩作用在支护结构上的荷载所产生的弯距减小，从而降低了支护结构中产生的拉应力和压应力，因此能承受更大的荷载，提高了支护结构的承载能力，扩大了支护结构的适应性。

8)注浆后的围岩整体性好，与原岩形成一个整体，从而能在构造应力作用下保持稳定而不易产生破坏[5-7]。

2.2.2 锚注施工工艺

1)注浆施工机具。气动双液注浆泵以其使用轻便，环境适应力强，操作简单等优点是目前煤矿井下注浆的理想设备，但现有双液泵的浆液比例是固定的，无法满足前述水泥-水玻璃双液浆的合理比例。通过与镇江煤矿机械有限公司协调，设计生产了适用于煤矿井下水泥-水玻璃双液浆固定比例的特种围岩加固注浆泵，是锚注支护技术的关键设备。

2)注浆材料。水泥-水玻璃双液浆以凝固速度快，成本低的特点，在矿井裂隙堵水治理中广泛应用，通过对不同比例、材质的水泥-水玻璃浆液配比试验，最终确定硅酸盐水泥与水玻璃的合理配比，该浆液能在可控时间内凝固，达到控制注浆范围、迅速胶结破碎围岩的效果。

3)注浆施工工艺及系统。破碎围岩锚注施工工艺流程图如图1所示，注浆系统组成如图2所示。

图1 锚注施工工艺流程图

图2 注浆系统示意图

3 “探、注、锚”地质构造区巷道围岩控制技术应用情况

双鸭山矿区多数矿井开采年限已达30年，开采深度达到750m，尤其地质构造复杂区域的煤矿，巷道围岩控制是影响矿井安全高效生产的主要制约因素。 “探、注、锚”支护技术，在东荣三矿、东荣二矿、安泰煤矿进行了长期应用，为双鸭山矿区深部巷道快速掘进及围岩控制解决了实际问题，以最少得成本、工期投入，代替了巷探及传统围岩加固施工，取得了非常理想的效果。

4 结论

针对目前深部开采矿井巷道围岩控制难题，尤其地质构造发育区巷道掘进及围岩控制困难的现象，研究提出了“探、注、锚”地质构造区巷道围岩控制技术，在双鸭山矿区取得了成功应用，为煤矿解决了生产技术难题，是矿井围岩控制安全、环保、有效、可靠的新技术结合。

[1] 张农.巷道滞后注浆围岩控制理论与实践[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2004.

[2] 宋晓辉. 锚注加固软岩巷道机理分析及合理注浆时间的确定[D].泰安：山东科技大学，2006.

[3] 翟飞飞. 管式注浆锚杆在软弱破碎围岩地下(边坡)工程中的应用[J].隧道建设，2007(8)：442-444

[4] 王浩. 回采巷道松软破碎围岩注浆加固与支护技术研究[D].徐州：中国矿业大学，2008.

[5] 王连国，张志康，张金耀.高应力复杂煤层沿空巷道锚注支护数值模拟研究[J]. 采矿与安全工程学报，2009，26(2):145-149.

[6] 孔一凡,姬阳瑞.动压巷道锚注加固技术应用研究[J].煤炭科学技术, 2006, 34(8)：32-35.

[7] 王连国,缪协兴,董建涛.动压巷道锚注支护数值模拟研究[J].采矿与安全工程学报,2006,23(1):39-42.

[8] 侯朝炯,郭宏亮.我国煤巷锚杆支护技术的发展方向[J].煤炭学报,1996,21(2)：113-118.