软弱岩层中矿井大巷底鼓治理技术

郭兴川

（山西省煤炭工程项目咨询评审中心,太原 030012）

软弱岩层中矿井大巷底鼓治理技术

郭兴川

（山西省煤炭工程项目咨询评审中心,太原 030012）

针对布置在软弱岩层中的矿井大巷受底板岩层软弱和积水泥化作用影响，上覆岩层应力通过两帮作用在底板上，极易造成底板鼓起的难题。通过分析坪上煤矿井下运输大巷底鼓原因，提出了在底板铺设钢筋网、底梁、锚索并对顶帮进行加固的组合锚注加固技术，使顶帮和底板支护形成有机的整体，减少了大巷维修量，取得了良好的效果。

软弱岩层；底鼓；组合锚注；加固

1 运输大巷基本情况

坪上煤矿运输大巷是矿井主要运输大巷，其埋藏深度约为870 m，巷道为半圆拱形断面，净宽4.5 m，净高3.4 m。巷道底板为泥岩等软弱岩层，自身结构松散，强度低，且遇水膨胀，局部地段在地应力作用下产生底鼓现象，底鼓最大量为0.5 m。虽经多次起底，效果仍不明显。

2 底板破坏机理分析

运输大巷埋深大，地应力大。顶底板围岩情况比较复杂。巷道底板处于高应力场的力学环境中，底板呈现显著的塑性和流变性。

运输大巷属于软弱岩层巷道。岩层的岩性为软弱的泥岩，遇水膨胀并发生泥化。大巷开挖后，破坏了原岩的应力平衡状态，周围岩体由三向受力变为二向受力，在应力的作用下，围岩向巷道空间收敛变形，由于顶帮采用较高强度的锚网喷支护，而底板为自由面，上覆岩层应力通过两帮作用在底板上，极易造成底板鼓起。

目前,对巷道的支护设计首先是针对顶帮的，其支护强度和密度可以方便增加，甚至完全超过了所要承受的作用力，但对于底板控制则受到许多限制，底鼓不可避免。

3 组合锚注加固技术原理

锚注加固作用形成的组合拱结构可对加固范围外破裂岩体提供可靠的径向约束，破裂岩体在径向有效约束的作用下，具有较高极限承载能力和抗变形能力，并逐步显出应力强化的特性，可使深部未破坏岩体处于高应约束条件下三轴应力状态，岩体的峰值强度显著提高，不易再造成深部完整岩体的再坏，使围岩的塑性区的发展和塑性变形得到有效控制;相应由弹性和塑性变形及膨胀生的作用在锚注加固拱上的应力也逐步趋于稳定，使巷道围岩的变形得到控制，保证巷道支护结构的整体稳定。

锚注加固改善了软弱岩层力学状态，组成的多层组合拱结构具有较好的整体性、稳定的结构性、较高的承载力和较强的让压和抗变形能力，有效阻止了围岩深部塑性区的发展。

锚注支护与其他支护形式共同作用时，锚注支护可以使破碎围岩保持较好的整体性和较强的让压变形能力，而其他支护形式可以对围岩施加外部应力和位移约束，相当于提高了围岩的侧向围压，则可以充分利用深部围岩强度，二者共同作用，能够满足软岩巷道中软弱破碎围岩的支护要求。

利用组合锚索紧固住铺在底板上的梁网混凝土体，并在梁网混凝土体下注浆加固，封闭并恢复底板下部岩石的强度，将这一方法称之为组合锚注加固技术，与顶帮支护形成有机的整体，使巷道整个断面受力均匀，保持巷道的稳定。

4 组合锚注加固方案

4.1 底板锚注加固主要工序

1）因底板较松软破碎，直接打孔成孔困难，先对底板进行浅部6 m预注浆，同时为打组合锚索孔和深孔注浆承压创造条件。

2）施工组合锚索孔，编制并安装组合锚索，下注浆管封孔。

3）利用锚索孔对底板深部进行高压注浆。

4）将巷道底板卧至设计标高以下300～400 mm，并依次铺钢筋网、下底梁、再铺钢筋网、上大、小托盘、张拉锚索，浇混凝土至设计标高。

5）待浇混凝土凝固后再对底板打6 m浅孔进行二次注浆。

6）对巷道顶帮补打顶、帮锚索，并利用锚索孔对巷道顶、帮深部进行化学（或水泥）注浆，加固围岩深部岩层。

4.2 底板组合锚注技术参数

2）浅部预注浆孔布置：浅部预注浆孔布置与组锚孔相同，孔径90 mm，孔深6 m。

4.3 组合锚索规格形式

4.4 底板浇混凝土

浇注混凝土标号为C20，要求用振动棒捣实，厚度300～400 mm。

4.5 顶帮浅部注浆孔布置及参数

顶帮注浆孔采用排式布置，排距3 m，每排均布7个注浆孔，其中正顶1个,巷道两肩各1个，两帮各1个，两底角各1个。注浆孔参数：孔径42 mm，孔深3 m。巷道顶帮浅部注浆孔布置示意图，见图2。

4.6 顶帮锚索布置及参数

巷道顶帮锚索同样采用排式布置，排距2 m，每排均布7根锚索，原则上锚索间距应控制在1.3～1.5 m。其中正顶1根,巷道两肩各1根，两帮各2根。巷道顶帮锚索布置示意图，见图3。

4.7 注浆管形式及封孔方式

注浆管形式：顶帮浅部注浆采用4分钢管，长2 m，一端套扣；锚索孔化学注浆采用8 mm铜管，长2 m。封孔方式：4分管封孔采用水泥水玻璃塑胶泥封孔，封孔长度0.5 m；8 mm铜管封孔采用棉丝蘸化学浆进行端部封孔。

5 结束语

1）利用锚注加固结构体具有的应力强化特性，可对软弱围岩提高应力的结构性约束，使破裂岩体发挥应力强化特性，成为支护结构的有效承载体。

2）巷道底板在有支护的情况下，底鼓现象明显减少。因此，软弱岩层中矿井大巷必须注重对巷道底板的维护。

3）组合锚注加固技术，使坪上煤矿运输大巷顶帮支护与底板支护形成有机的整体，使巷道整个断面受力均匀，保持了巷道的稳定，减少了底鼓的发生。

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Floor Heave Control of Roadways in Soft Strata

GUO Xingchuan

(Shanxi Consulting and Evaluating Center for Coal Projects,Taiyuan 030012,China)

Main mining roadways in soft strata are susceptible to the influence of soft floor and mudding.The stress of overlying strata on floor is likely to cause floor heave through two sides.On the analysis of the floor heave of the main haulage roadway in Pingshang Mine,the study proposed a composite bolt-grouting reinforcement technology by laying steel mesh,bottom beams,and anchor on the floor and by reinforcing the roof and two walls,which could integrate the support for the roof,side walls and floor.The technology could reduce the amount of maintenance,which has achieved ideal effects.

soft strata;floor heave;composite bolt-grouting;reinforcement

TD353

A

1672-5050（2015）02-0036-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.012

（编辑：刘新光）

2015-01-09

郭兴川（1978-），男，山西交城人，大学本科，工程师，从事煤炭安全技术管理工作。