滑动构造影响下软岩巷道支护技术研究

李红行 刘志鸿 徐伟伟 李宪振 刘玉卫，3

（1.郑州煤炭工业 （集团）有限责任公司，河南省郑州市，450042；2.国家安全生产监督管理总局信息研究院，北京市朝阳区，100029；3.西安科技大学能源学院，陕西省西安市，710054）

滑动构造影响下软岩巷道支护技术研究

李红行1刘志鸿1徐伟伟2李宪振1刘玉卫1，3

（1.郑州煤炭工业 （集团）有限责任公司，河南省郑州市，450042；2.国家安全生产监督管理总局信息研究院，北京市朝阳区，100029；3.西安科技大学能源学院，陕西省西安市，710054）

在分析了老君堂矿-20水平水仓地质条件、巷道支护现状的基础上，分析了滑动构造影响下巷道失稳破坏的原因，提出了高阻可缩全封闭U型钢棚支护+壁后注浆+锚索结构补偿的联合支护方式，实验结果表明，该支护方式取得了良好的支护效果。

滑动构造 软岩巷道 巷道支护 联合支护

郑煤集团所辖的老君堂煤矿、大平煤矿、金龙煤矿、裴沟煤矿、告成煤矿等多对矿井均不同程度地受滑动构造影响。这些滑动构造的滑体都是自晚古生代的煤系及其上覆地层组成的，滑动面一般是沿山西组二1煤层发育，规模大小不等且形态各异。其中老君堂煤矿-20水平井底车场巷道受滑动构造影响强烈，尤其是水仓围岩变形难以得到有效控制，本文针对老君堂煤矿-20水平水仓在滑动构造影响下的软岩巷道支护技术进行研究。

1 地质采矿条件

老君堂煤矿-20水平水仓布置在L8灰岩及下部，受滑动地质构造影响，水仓围岩岩性以泥质岩体为主且极为破碎，且由于巷道围岩长期受水体浸泡，水仓围岩变形强烈，不仅造成水仓使用断面难以得到有效保障，而且水仓底板的强烈臌起严重影响矿井的正常排水。水仓围岩表现出典型的工程软岩特征，巷道变形破坏方式多样，初期变形速率大，围岩破坏范围大，对应力扰动和环境变化非常敏感。

2 巷道原有支护状况概述

-20水平水仓原支护方式采用锚网喷支护或架棚支护，在围岩岩性以灰岩为主的地段，采用锚网喷支护巷道除局部喷层开裂外，巷道整体支护效果较好；但当围岩岩性以松散、破碎的泥岩或二1煤为主时，锚网喷支护和架棚支护均难以控制水仓围岩的强烈变形，变形特征主要以两帮强烈内移和底臌为主，尤其是泥质岩体遇水膨胀后，水仓围岩产生显著的塑性变形和流变，造成水仓几经修复仍然难以满足使用断面要求。

3 巷道失稳破坏原因分析

分析-20水平水仓现有支护状况及破坏特征，造成水仓强烈变形的原因主要有以下两方面。

（1）受滑动地质构造影响，水仓围岩岩性差，围岩应力水平高。根据老君堂矿补8钻孔柱状图，水仓平均埋深490 m，若上覆岩层平均密度按2500 kg／m3计算，则通过估算得出水仓所处层位的原岩垂直应力约12.25 MPa。滑动地质构造形成的构造应力往往数倍于原岩应力，若应力集中系数按2～3计算，则水仓所处围岩应力水平高达24 MPa以上，同时受滑动地质构造影响，水仓围岩岩性极为破碎，水仓围岩强度进一步降低，造成水仓所处应力水平远高于围岩体自身的强度，在高应力作用下，巷道浅部破碎岩体极易产生强烈剪胀变形，使得巷道围岩揭露后马上处于塑性状态，宏观表现即矿压显现强烈，巷道强烈变形。因此，滑动地质构造影响是造成水仓强烈变形的主要原因之一。

（2）支护措施缺乏针对性，难以发挥其支护作用。老君堂矿-20水平水仓采用29U型钢直腿拱形支架支护，棚距400 mm，该支护方式仍然无法控制巷道变形，主要有三方面原因。其一，支护围岩相互作用关系较差，支架承载能力难以发挥。棚式支架仅能被动承受因围岩变形而产生的压力，不仅初期无法及时主动承载，而且支架在均布载荷方式下才能表现出较高的强度和承载能力，但当前巷道掘进和支护工艺中，支架与围岩间不可避免地存在一些空穴，造成支架承受集中载荷或偏心载荷，使得支架的承载能力大大降低。水仓使用29U型钢棚支护，理论上其提供的被动支护阻力可达1000 k N以上，但实际承载能力一般为其1／5～1／10，其承载性能远未得到发挥。其二，现有直腿拱形支架由于底板底臌和支架抗侧压能力差，可视为可动铰支座模型，由于铰链处具有3个自由度，实际使用中由于底板松软不仅支架极易穿底，且受帮部围岩在高应力作用下产生强烈剪胀变形作用，导致支架帮部极易失稳，而理想支护模型应为固定铰支座，从而提高支架整体稳定性，因此必须针对直腿拱形支架结构薄弱环节采取结构补偿措施控制两帮的变形，以提高支架的整体承载能力。其三，水仓底板煤层较厚，且极为松软，水仓作为该采区正常生产的重要硐室，服务年限较长，底板长期受水浸泡使底板围岩强度弱化，造成底板强烈底臌，大大降低了现有支架的结构稳定性，加剧了水仓两帮强烈变形，从而导致支架迅速失稳、破坏。

4 －20水仓优化支护方案

针对-20水仓所在地质采矿条件和相对围岩压力较大以及水仓长期受水浸泡的特点，新设计方案采用高阻可缩全封闭U型钢支架+壁后充填注浆+锚索结构补偿联合支护的方式进行支护。

4.1 高阻可缩全封闭U型钢棚支护

为改善原有直腿拱形支架支护底板底臌和抗侧压能力的现状，-20水仓基本支护采用具备高阻可缩特性的29U型钢棚支护，棚距400 mm，扎角5°，支架搭接长度为500 mm，并采用双槽夹板上、下限位卡缆及1付普通夹板卡缆，要求卡缆预紧力矩不低于300 N·m，U型钢支架壁后使用新型双抗双扣联排钢筋网强力护表，并对巷道表面进行喷浆，喷层厚度为50 mm±5 mm。

在设计底板标高基础上，按设计方案要求向下卧底800 mm，施工底反拱，底反拱的间距与U型棚的棚距一致为400 mm。采用双槽形夹板上、下限位卡缆，改进后的卡缆需经热处理，才能提高其刚度和支架的整架性能。要求拱形支架的搭接长度500 mm，采用3付卡缆，2付双槽夹板限位卡缆，1付普通夹板卡缆。

4.2 壁后注浆充填

通过实施壁后注浆充填，可大大改善U型钢支架与围岩的相互作用关系，使得支架整体均匀承载，避免支架承受集中载荷或偏心载荷，使得支架的承载能力大大提高。注浆管长度1200 mm，采用0.5英寸中空螺纹钢管加工，注浆段长度750 mm，钻有10个孔径为8 mm的注浆孔，均匀布置，注浆孔尾部有70 mm长螺纹与注浆泵出浆管高压快速接头连接，外段密封采用圆环体状快硬膨胀水泥药卷，每根注浆管用2支水泥药卷。

4.3 锚索结构补偿

根据支护结构补偿原理和巷道实际支护状况，支架基本结构补偿位置位于帮部距底板300 mm处和支架起拱线处，结构补偿锚索选用直径15.24 mm的1860钢铰线，结构补偿锚索长度为5.0 m，间距1.2 m，排距1.5 m。为保证支架结构稳定性，同时考虑锚索适应围岩变形的能力，结构补偿锚索预应力达到70 k N即可。

4.4 支护效果分析

测点观测周期为1～5 d，初始观测频率较高。-20水平水仓某一个观测断面顶底板和两帮的相对位移量、顶底板和两帮的变形速度见图1和图2。

图1和图2显示，采用结构补偿新型联合支护后，巷道的顶板、两帮变形速度在最初的15 d比较快，15～45 d围岩变形速度基本趋于稳定，45 d后巷道围岩变形基本稳定。两帮移近量相对较大一些，但变形在45 d后趋于稳定，造成两帮移近量较大的主要原因是由于水仓围岩受滑动构造影响严重破碎，支护初期注浆工序略有滞后，导致支架受力不均引起两帮移近量较大，因此也导致了巷道围岩变形速率不均匀，造成围岩变形速度在初期不是很稳定。总体来看，巷道围岩变形总量不大，围岩变形得到有效控制，巷道底臌得到很好治理，满足了水仓长期使用的要求，很好地解决了滑动构造影响下软岩巷道支护技术难题。

5 结论

（1）在全面分析老君堂矿-20水平水仓地质条件、现有支护方式等的基础上，总结了老君堂矿-20水平水仓在滑动构造影响下巷道失稳破坏的原因。

（2）采用高阻可缩全封闭U型钢棚支护+壁后注浆+锚索结构补偿的联合支护方式对老君堂-20水平水仓进行现场支护。

（3）实验结果表明，U型钢支架与底反拱构成封闭结构，提高了支架帮部的结构稳定性，改善了支架受力状况，增强了支架整体承载能力，控制了底板强烈臌起；壁后充填注浆技术，改善了支架-围岩相互作用关系，实现了支架与围岩共同承载；锚索进行结构补偿，不仅提高U型钢支架整体结构稳定性及其承载能力，而且能够有效发挥深部稳定岩体的承载能力。

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［5］刘瑜，孙传军 .沿空巷道锚网梁索支护技术的应用效果分析 ［J］.煤矿安全，2009（10）

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Research on support technology for soft rock roadway under influence of sliding structure

Li Hongxing1，Liu Zhihong1，Xu Weiwei2，Li Xianzhen1，Liu Yuwei1，3
（1.Zhengzhou Coal Industry（Group）Co.，Ltd.，Zhengzhou，Henan 450042，China；2.National Institute for Occupational Safety，Chaoyang，Beijing 100029，China；3.School of Energy and Resource，Xi'an University of Science and Technology，Xi'an，Shaanxi 710054，China）

Based on the geological conditions of-20 level water sump and roadway support condition in Laojuntang Coal Mine，the paper analyzes the cause of roadway instability under the influence of sliding structure，and puts forward the combined support method of high-resistance yieldable fully-closed U-steel arch support，backfill grouting and anchorage structural compensation.Experiment result shows that this method has obtained good support effectiveness.

sliding structure，soft rock roadway，roadway support，combined support

TD353

A

李红行 （1979-），男，河南灵宝人，工程师，硕士，2008年毕业于中国矿业大学 （北京）安全技术及工程专业，现工作于郑煤集团生产技术部，从事生产技术管理工作。

（责任编辑 张毅玲）