侧采动压软弱地层巷道支护技术

闫程方，林登阁，王道团

(1.山东科技大学，山东 青岛 266510;2.山东省土木工程防灾减灾重点实验室，山东 青岛，266510)

动压巷道和软岩巷道是煤矿建设中极难维护的两类巷道。目前我国煤炭资源日益紧缺，许多巷道在相邻工作面回采尚未结束或回采结束尚未稳定时进行施工，因此受到强烈动压影响，矿井中有80%的巷道受到回采引起的高应力破坏。动压巷道矿压特点是变形量大，失修率高，底鼓严重，支护工作极为困难。

1 工程概况

王晁煤矿设计生产能力600kt/a，主采煤层为12 煤，该煤层为薄煤层，厚度1.3m。井口地面标高+35.5m，实际埋深为435.5m。其－400m 水平集中轨道巷、集中运输巷及201 采区上山等巷道均处于泥岩、粉砂质泥岩中，而这些泥岩、粉砂质泥岩的单轴抗压强度小于20MPa，按坚固性系数分类，其f=2～3，属于软岩巷道。岩石矿物组成分析测试表明，井下巷道围岩岩石以蒙脱石为主。蒙脱石属强膨胀性黏土矿物，遇水易泥化、水解、软化，使得围岩力学特性显著降低，而且伴有明显的碎涨和膨胀变形。

图1 为工作面采掘平面图(局部)。

从图1 中可以看出20102 及20202 回采工作面分布在－400m 水平集中轨道巷的两侧，巷道距20102，20202 工作面只有30m 煤柱，工作面与巷道属同层布置，水平距离太小，侧采产生的采动压力较大，尤其在巷道顶板坚硬的情况下，极易产生冲击地压作用，造成巷道失稳破坏。

在20102 及20202 回采工作面侧采的动压作用下，无法实施有效地主动支护等加强支护手段，不能形成稳定可靠的主动支护结构，从而加剧了巷道后期的变形破坏。－400m 水平集中轨道巷为典型的侧采动压软弱地层巷道，巷道稳定成为当前支护的难点问题。

图1 工作面采掘平面

2 加固技术方案

2.1 技术方案

－400m 水平集中轨道巷位于泥岩地层中，且受20102 及20202 工作面侧采动压影响，围岩条件极差。为此，确定采用扩大断面初次锚网喷支护、二次锚注支护加固技术方案。

2.2 支护参数

2.2.1 初次支护

扩大断面锚网喷支护，巷道设计为半圆拱形断面，施工中巷道侧帮及拱顶均扩大100mm。

锚杆 选用单向左旋无纵筋螺纹钢锚杆，规格φ18mm×2200mm，间排距800mm×800mm，2 卷Z2350 型树脂锚固剂端头锚固，锚固长度不少于800mm，锚固力80kN，预紧力不低于40kN。

金属网 采用6 号铁丝编织的经纬网，规格1500mm×1000mm，网格50mm×50mm。

喷射混凝土 混凝土等级C20，配合比1 ∶2 ∶2，喷层厚度初次70～80mm，设计喷层总厚度120mm。

初次支护结构如图2 所示。

图2 －400m 水平集中轨道巷初次锚网喷支护结构

根据初次锚网喷支护后巷道的变形发展规律和总变形不超过预留值的要求确定实施二次锚注加固的时间。设计值为35～40d，实际施工中发现，初次支护后10～15d 就出现明显的收敛变形，且达到40d 左右，巷道变形量就超过预留值。因此，将巷道二次锚注支护时间调整为30～35d。

2.2.2 二次支护

二次支护锚注加固，用以提高支护结构的整体强度、刚度及抗渗性。

注浆锚杆 选用高压注浆锚杆，规格φ25mm×2000mm，间排距800mm×1600mm，与初次支护锚杆隔排布置。

注浆参数 采用单液水泥浆，水灰比0.6～0.7，在水泥浆液中掺加1%的NF 高效减水剂。注浆压力控制在2.0MPa 左右，最大不超过2.5MPa。注浆后进行后续复喷工作。

二次锚注加固支护结构图形如图3 所示。

2.2.3 底板加固

采用底板梁锚注支护结构。

底板锚梁锚杆 采用螺纹钢制作，规格φ18mm×1600mm，每断面4 根，锚固底梁，排距1600mm。

底板注浆锚杆 采用无缝钢管制作，规格φ25mm×1500mm，每断面3 根，排距1600mm，与锚梁锚杆隔排布置。

注浆参数 采用单液水泥浆，水灰比0.6～0.7，在水泥浆液中掺加1%的NF 高效减水剂。注浆压力控制在2.0MPa 左右。

图3 －400m 水平集中轨道巷二次锚注支护结构

槽钢梁 采用16 号槽钢制作，长2700mm，用4 根底板锚杆锚固在底板岩层中。

底板锚梁锚注加固结构如图4 所示。

图4 底板槽钢梁及锚注加固

3 巷道收敛变形观测

在巷道中每隔50m 设置1 个观测断面，测试巷道的两帮移近量和顶底板移近量。

图5 是巷道加固后两帮内挤及顶底板移近量曲线。从曲线中可以看出，巷道两帮及顶底板在支护完成后5～40d 有明显的变形，而在超过60d 后变形基本趋于稳定，最终，巷道两帮及顶底板移近量总体较小，分别为25mm 和13mm。说明集中轨道巷锚喷网初次支护、二次锚注加强支护方案，已有效提高了巷道的整体性和承载能力，控制住了围岩的变形，保证了巷道的长期稳定。

4 数值模拟

利用FLAC3D软件，对巷道支护前后的横竖向位移进行数值模拟。

图5 巷道加固后两帮及顶底板移近量曲线

图6 至图9 分别是未支护前与支护后的横竖向位移云图。

从图中数据可以得知，巷道在支护后横向位移减294mm，竖向位移减小182mm。并且，总体支护后横竖向最终变形分别为20mm 和23mm，与实测数据基本吻合。由此得出，巷道在经过初次锚喷网支护、二次锚注加强支护方案后围岩的变形得到有效控制。

图6 未支护前横向位移

图7 未支护前竖向位移

图8 支护后横向位移

图9 支护后竖向位移

5 结论

(1)巷道掘进应尽量减轻对围岩的破坏，为实施锚杆支护提供着力基础，采用半圆拱形断面，侧帮及拱顶预留一定的变形量，巷道初次支护应用加长高强螺纹钢锚杆进行锚网喷柔性支护，允许围岩产生一定的变形，释放一定的高应力。

(2)初次锚网喷支护后，围岩发生变形产生大量破裂面及细微裂隙，显著弱化了围岩特性，初次锚网喷支护30～35d，及时实施二次锚注加固，二次注浆将这些裂隙岩体胶结起来，提高了岩体的整体受力性能，而且将初次支护中螺纹钢锚杆变成全长锚固，显著提高了其支护性能与支护能力，较好地解决了侧采动压软岩巷道的支护与稳定问题。

(3)巷道变形监测及数值模拟结果表明，通过二次锚注支护，有效地提高了巷道的整体性和承载能力，控制住了围岩的变形，保证了巷道的长期稳定。

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