软岩巷道变形规律及加固处理技术研究

彭 伟 张向东

(1.鄂尔多斯昊华红庆梁矿业有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000； 2.辽宁工程技术大学土木与交通学院,辽宁 阜新 123000)

软岩巷道变形规律及加固处理技术研究

彭 伟1张向东2*

(1.鄂尔多斯昊华红庆梁矿业有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000； 2.辽宁工程技术大学土木与交通学院,辽宁 阜新 123000)

以红庆梁煤矿主斜井巷道松软岩泥化变形段为研究对象，通过现场围岩收敛变形监测，研究了围岩的失效机理，提出了采用注浆、超前小导管排桩、液压支架和锚索+槽钢联合锚网喷架4种支护方案，并通过加固前后围岩收敛变形量和变形速率，证实了锚索+槽钢联合锚网喷架支护形式的有效性，具有重要的工程实践意义。

主斜井，软岩，收敛变形，加固方案，监测

1 工程概况

红庆梁煤矿主斜井设计斜长1 744 m，净断面面积17.9 m2。在主井190 m～360 m基岩段，采用锚网喷+25号U型钢支架支护[1]，树脂锚杆采用φ20×2 400 mm的左旋螺纹钢锚杆，K2335和K2360树脂锚固剂各1卷，锚固长度0.8 m～1.5 m，锚杆采用梅花形布置，锚杆间排距为800 mm×800 mm，设计锚固力为50 kN；钢筋网采用φ6.5 mm的光圆钢筋焊接，网格尺寸为100 mm×100 mm，网片尺寸为1.8 m×2.1 m，搭接长度0.1 m；喷层厚度d=150 mm。U型钢支架采用25号U型钢，支架间距0.8 m～1.0 m。

据实际情况揭露，在主井井筒230 m～360 m遭遇一层较大的含水砂岩层，涌水量达到15 m3/h～20 m3/h，经测试此砂岩层蒙脱石含量达到17.1%，为中膨胀砂岩[2，3]。该砂岩层岩石强度低、软化系数小、含水量高，遇水泥化、崩解严重。加之原有支护结构强度不足，使得主井井筒掘进至400 m后，主井300 m～360 m处发生了较为明显的收敛变形，经现场围岩收敛变形监测，此段巷道围岩顶底板移近变形约为81.2 mm。由于施工进度要求，变形巷道无法及时修复，因此采用临时工字钢支架的方法暂时支撑巷道，减缓变形的发展，待施工条件允许后，及时进行刷帮、扩顶处理，以使主井井筒尺寸达到设计要求。

2 泥化变形巷道处理技术方案

基于主斜井变形段围岩巷道变形收敛的实际情况，根据以往经验提出采用以下4种井筒松软岩泥化变形段处理技术方案，包括：

1)锚网喷架+注浆加固处理技术方案。根据围岩松动圈探测范围，确定注浆加固范围和加固深度，先进行变形段围岩注浆，改善围岩力学性能、提高围岩整体稳定性、增加围岩自承能力[4，5]。之后对原巷道进行刷帮、挑顶等，对围岩进行初喷封闭，再挂钢筋网(索)、打锚杆、架设U型钢支架、复喷等施工进行变形段巷道修复。

2)锚网喷架+超前小导管排桩加固处理技术方案。根据围岩松动圈探测范围，确定超前小导管排桩的加固范围[6]。进行变形段超前小导管排桩施工，提高围岩整体稳定性。之后对原巷道进行刷帮、挑顶等，进行初喷对围岩进行封闭，再挂钢筋网(索)、打注浆锚杆、架设U型钢支架、浇筑钢筋混凝土层等施工进行变形段巷道修复。

3)锚网喷架+支架加固处理技术方案。采用液压支架或钢结构桁架等形式，对变形段围岩进行临时支撑，之后对原巷道进行刷帮、挑顶等，进行初喷对围岩进行封闭，再挂钢筋网、打注浆锚杆(索)、架设U型钢支架、复喷等施工进行变形段巷道修复[7]。

4)锚索+槽钢+锚网喷架支护技术方案。在围岩变形处于稳定阶段时，对井筒采用锚索加槽钢加固，之后对巷道进行逐排刷帮和挑顶施工。达到巷道设计尺寸之后再采用锚杆、钢筋网、U型钢金属支架和喷射混凝土施工对巷道进行修复。

3 软岩巷道变形监测

3.1 监测方法和计算依据

为测定围岩表面水平与垂直方向收敛量或收敛速度，判定围岩稳定性，应测定围岩顶底板移近量和两帮移近量[8]。每个观测断面分别设置4个测点，即在两帮、拱顶和拱底各设一个测点，见图1。

顶底板移近量采用式(1)计算：

Δy=yi-y0

(1)

3.2 结果分析

现场监测选取巷道340 m和360 m两个监测断面，修复前后两个断面的顶底板围岩变形量和变形速率见图2。

从图2可以看出，巷道开挖后，由于砂岩遇水泥化、崩解，造成支护结构强度不足，导致围岩发生较大的收敛变形，巷道开挖150 d后两个断面的顶底板移近量分别达到81.2 mm和79.6 mm，巷道围岩变形主要发生在巷道开挖20 d之内。此后，由于设置了工字钢棚支架，巷道变形速率迅速降低。此后井筒的变形仅为观测期变形的6.27%～24.24%。

由图2可知，巷道开挖120 d后，巷道变形已基本稳定，此时为巷道变形加固、修复的最终时机。综合考虑经济效益、施工安全和方便，最终决定采用锚索+槽钢+锚网喷架加固处理技术方案。加固处理后围岩收敛变形监测结果如图2b)所示。从图2b)可以看出，经采用锚索+槽钢+锚网喷加固处理后，巷道变形显著减小，只是加固初期，因巷道刷帮、挑顶等施工造成巷道变形速率较大，巷道刷帮、挑顶施工完成后，巷道变形速率逐渐减小，直至基本稳定。

4 结语

1)主井遭遇砂岩强度低、软化系数小、含水量高，遇水泥化、崩解严重，加之原有支护结构强度不足等是主井发生较为明显的收敛变形的主要原因。

2)针对红庆梁煤矿300 m～360 m的变形段，提出了注浆、超前小导管排桩、液压支架和锚索+槽钢联合锚网喷架4种支护方案。采用锚索+槽钢+锚网喷架加固处理后，巷道基本稳定。

[1] 张向东,赵鹏涛.复合型软岩巷道支护研究[J].中国地质灾害与防治学报,2013,24(3):111-117.

[2] 乔永平,冯朝旭.软岩巷道破坏分析及其支护参数的选择[J].煤,2001(10):642-643.

[3] 董方庭.巷道岩岩松动圈支护及应用技术[M].北京:煤炭工业出版社,2001.

[4] 余伟健,王卫军,黄文忠.高应力软岩巷道变形与破坏机制及返修控制技术[J].煤炭学报,2014,39(4):614-623.

[5] 王 超,黄小平,刘 洋.软岩巷道收敛监测及变形破坏规律研究[J].陕西煤炭,2006(2):4-6.

[6] 杨大林,王文龙,张忠宇.不同支护结构对深部巷道围岩变形的时效分析[J].煤炭科学技术,2010,38(9):14-18.

[7] 许兴亮,张 农.富水条件下软岩巷道变形特征与过程控制研究[J].中国矿业大学学报,2007,36(3):298-302.

[8] 马 驰.变形监测数据处理的方法[J].学园,2014(3):51-52.

Research on soft rock roadway deformation law and reinforcement treatment technology

Peng Wei1Zhang Xiangdong2*

(1.OrdosHaohuaHongqingliangMiningLimitedCompany,Ordos017000,China;2.CivilEngineeringandTransportationSchool,LiaoningEngineeringTechnologyUniversity,Fuxin123000,China)

Taking the roadway soft rock mud deformation section of Hongqingliang mining main shaft as the research object, through the convergence deformation monitoring of field surrounding rock, researched the failure mechanism of surrounding rock, put forward the grouting, advanced small pipe piles, hydraulic support and anchor cable + channel steel combined anchor mesh frame 4 support schemes, and through the before and after surrounding rock convergence deformation amount and deformation rate, confirmed the validity of anchor cable + channel steel combined anchor mesh frame support forms, had important practical significance.

main shaft, soft rock, convergence deformation, reinforcement scheme, monitoring

2015-04-01

彭 伟(1966- )，男，高级工程师

张向东(1962- )，男，博士，博士生导师，教授

1009-6825(2015)17-0033-02

TD263

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