深部动压软岩巷道修复实践与应用

王晓辉

摘要：范各庄矿业分公司3200副石门，巷道受采动压力影响频繁，变形破坏严重，对矿井安全生产造成很大威胁。文中详尽分析应力集中区软岩巷道变形原因，通过论证，采用成熟锚注支护技术对失修巷道进行治理，取得较好效果。

关键词：深部动压软岩巷道  锚注技术  实践

1 工程概况

开滦范各庄矿3200副石门承担三水平南二采区行人、辅助运输与通风功能，服务年限长。巷道自三水平运输大巷开口，巷道埋深650m，依次揭露与穿过12、11、9、8、7、5煤层，巷道标高-620m。该采区自上而下已采8煤层，计12个工作面，受深部压力、采动与两侧煤柱集中压力影响，整个巷道受损变形严重。尤其11煤层及其底板高岭土层地段巷道，更易变形破坏。该巷道每年都需要重新修复，不仅耗费大量人力、物力与财力，也给矿井安全生产造成了很多威胁。

2 巷道状况分析

3200副石门原设计采用25U，10.4m2金属支架支护，受工作面采动压力影响明显，且位于煤层和软岩地段内。修复前，巷道围岩与拱形支架变形严重，有劈帮、巷顶冒落现象，巷道断面缩减至2500mm*2000mm。特别是11煤层底板高岭土层，膨胀风化变形较大，至使巷道底鼓严重，巷道平均底鼓1600mm。

3 巷道岩性与力学分析

3.1 地质条件：巷道在施工过程中，共揭露5条断层，落差分别为1.5m、2.0m、2.0m、1.5m和1.0m，断层附近，岩层破碎，且岩层产状发生变化，煤岩层倾角有变大趋势。

3.2 软岩：11煤层底板存在2.8m的高岭土成分的细砂岩，易风化，遇水膨胀，在巷道里揭露18.8m，将会给巷道维护带来困难。

3.3 采动影响：受7、8、9煤层采掘活动影响，两翼开采，工作面安排比较集中，巷道位于煤层停采区域边缘，为近距离煤层群开采应力集中区，巷道受多次采动动压影响。

3.4 巷道围岩复杂条件：该段巷道为穿层巷道，巷道标高-620m，由东向西依次穿过12、11、9、8、7、6、5煤层。岩层倾角8-22度，岩性差，承载能力低。

3.5 巷道支护强度偏低：3200副石门采用25U金属拱形支架支护，支护强度选择偏低。金属拱形支架属于被动支护，承载强度低、承载慢，不能及时发挥支承能力。

4 实施方案

4.1 巷道围岩应力场形成与相互作用。巷道围岩开挖后，就立即实施采掘活动，原岩应力场、采动应力场与支护应力场，构成煤矿井下综合应力场。三种应力场相互作用，原岩应力越高，应力差异越大，采动影响越强烈，集中应力就越高，因此对支护系统要求就更高。支护形式与参数选择不合理，可能引起支护体受力过大而失效，支护应力场丧失。

4.2 支护方案确定。3200副石门主要承受工作面采动动压、巷道两侧煤柱集中压力与其叠加压力。受其影响，导致巷道围岩应力多次重新分布。如果所选择巷道支护方式，不能适应开采活动影响带来的应力变化，或者没及时采取相应加固补救措施，则巷道围岩松动失稳，断面变形，影响巷道正常安全使用。为解决巷道支护难题，应用成熟锚注技术修复，取得了显著成效。

4.3支护方案可行性论证。针对范各庄矿3200石门实际条件以及巷道变形显现规律，采用的支护技术是一个多层次、多结构和多单元综合容错的（强强相容、短弱相长）支护体系，其主要原理是软岩岩石力学及锚注支护和注浆加固机理。其基本架构是：①对部分软弱岩体，特别是关键部位的极软弱岩体（高岭土）进行合理置换和保证施工断面大于设计断面，施行预控技术环节，保证动态支护有一定的空间。②以多层次钢丝绳为径骨的多喷浆层、高度密贴岩面的强韧封层结构为止浆垫和第一支护单元的强有力的抗体，明确强调各层次喷层厚度。③在巷道关键部位（巷道底角）开挖大卸压槽，达到释放围岩内应力和拓展岩体内裂隙，为缓释围岩体内的运动应力和注浆浆液疏通路径起到相得益彰的成效。④掌控稳压状态下向岩体内预注浆、注浆、复注浆，将高强度水泥浆液反复注进围岩体内，固结岩体，将松散软弱的岩煤体胶结成整体，改变了围岩的力学状态，增加了围岩抗压、抗拉及抗剪强度，并使原端锚锚杆变成全长锚固，持续提升巷道围岩强度。⑤在主动支护理念指导和全程监测监控下，以不断调整压力的恰当注浆技术，在岩体内留置预应力、缓释迭加应力。⑥通过多层次锚杆、注浆锚杆和注浆胶结后的围岩，实现以围岩为支护依托和参与体，达到重造组合体的动态支护体系，以提高围岩自身强度和承载能力。⑦在全程监测监控下，精准掌控巷道变化状态，适时采取不断补强措施，不断恢复和提升支护结构的工作阻力，保持巷道支护长期稳定。

4.4 支护材料选取。锚注支护所用材料主要包括：锚杆、注浆锚杆、钢丝绳、钢筋网、树脂锚固剂、水泥、自然陶粒土等。

4.4.1 锚杆。锚杆规格为ф20，长度2000mm的右旋无纵筋等强螺纹钢树脂锚杆，间排距800×800mm，每孔用2卷树脂锚固剂。初喷层，二喷层，三喷层全部为锚杆钢丝绳组合，底角锚杆与底板成不小于45°夹角。

4.4.2 注浆锚杆。注浆锚杆采用“自固自封内自闭新型注浆锚杆”，规格为ф22×2000mm。巷道全断面布置注浆管，间排距1400×1400mm。二次注浆时，注浆管规格为ф22×2600mm，间排距1800×1800mm。注浆锚杆孔深1800-2400mm，剩余600mm为裸注孔。

4.4.3 钢丝绳。采用矿用5-7分废旧钢丝绳之中的两股为一根，纵向长度不小于10m，横向以巷道轮廓长度为准，钢丝绳间距：800mm×800mm，搭接长度为500mm。

4.4.4 喷浆。喷浆采用P.S 42.5R的矿渣硅酸盐水泥和自燃陶粒土，水泥：自燃陶粒土为1：3，速凝剂掺入量为水泥用量的3-6%，喷层厚度240mm，初喷厚度80mm，二喷层厚度100mm，三喷层厚度60mm，强底不小于C20。

4.4.5 网片。网片为ф6钢筋加工焊接而成，网格150×150mm，规格1500×1200mm。

4.4.6 注浆。注浆水泥采用P.O 42.5R的普通硅酸盐水泥，除有淋水外一般不加速速凝剂，以确保浆液凝固后的长期强度。第一次注浆浆液配比取1：0.6～0.8;第二次注浆浆液配，应略小于一次注浆浆液浓度;取1：0.8～1.0，注浆压力1.5～3.0MPa，底脚注浆压力可大些，但最大为3MPa。注入量：每孔水泥量约为150～250kg。

注浆时间，为防止浆液在弱面扩散较远，造成跑浆现象，在控制注浆压力和注浆量的同时，必须控制注浆时间，使其不宜过长。一般单孔注浆时间20～30分钟。

4.4.7 泄压槽。泄压槽断面尺寸为：在巷道两帮墙角，宽×深; 1200～800mm（水沟一侧），另一侧1000×600mm。泄压槽开挖时间：稳定围岩状况下必须在强韧封层的第三个层次支护完成后开挖。在不稳定围岩状况下，支护必须在强韧封层的第四个层次支护完成后开挖。稳定围岩泄压时间8～15天，不稳定围岩泄压时间5～8天，泥化流变状态下围岩泄压时间1～2天，主要是根据围岩层理整体性、破碎、泥化状况确定。泄压槽的回填采用喷浆回弹料即可，特殊地段可浇灌混凝土。

4.5 巷道位移监测及应用效果。矿压监测是整个支护过程中不可或缺的环节，监测围岩位移与支护体受力，对其支护效果进行评价，是验证其支护效果的重要依据。

4.5.1 矿压监测。巷道监测采用十字测点方法。每组4个点，每15米一组，初期，每天监测一次，一周后，每周监测2次，1个月后，每周监测1次。主要监测两帮位移量、顶板下沉量、底鼓量。当巷道表面开裂或两帮收敛数值超过20mm时，要及时进行注浆加固。

4.5.2 效果检验。施工期间观测结果表明：巷道顶板下沉量最大72mm，最小18mm。两帮相对移近量最大210mm，最小82mm，平均146mm。

5 实施效果与展望

①通过3200石门软岩巷道进行锚注修复，未发现修复巷道喷体有明显的开裂和变形破坏现象，全部达到了设计施工断面的标准，仅有局部地点有少量底鼓，但并不影响巷道的运输、通风和安全使用。②通过锚注支护修复，发挥锚杆加固层和注浆加固层的双重支护作用，提高围岩自身强度，可使巷道支护稳定、坚固，承载和抗动压能力满足生产要求。③采用锚注加固形成一套围岩强韧封层创新支护体系，减少了巷道修复次数降低巷道后期维修成本。

参考文献：

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