深部巷道快速机械化修复技术

李琰庆

(淮南矿业集团， 安徽淮南市 232046)

矿井进入深部以后，原岩应力与构造应力不断升高，围岩岩性趋于软岩化［1］，浅部同层位的厚层状硬岩到深部后变薄，并次生软弱夹层，同时伴随大量煤线发育，巷道实施的锚网索喷支护体系已不能适应深部高应力巷道变形的需求［2-3］，导致在巷道支护后不久，即发生离层、底臌、片帮等不同类型的破坏，破坏速度快，变形量大，出现“前掘后修、重复翻修”的现象，巷道修复工程量大。而传统的岩巷人工修复技术存在施工周期长、劳动强度高、安全威胁大等问题，已不能适应深井高应力软岩巷道修复的要求。因此，寻求一种合理有效的快速机械化修复及治理技术势在必行。

1 工程概况

谢一矿望峰岗井是国家深井试验矿井，位于谢李矿井的深部，地面标高+30 m左右，一水平－820 m、二水平－960 m、三水平 －1200 m，开采深度深、地温高、瓦斯大，具有高瓦斯、高地压、高地温的“三高”特点。－960 mC15顶板运输大巷是矿井－960 m水平的主要运输巷道，担负矿井－960m水平的运输任务，服务年限长。该巷全长2600 m，净断面5.4 m×4.1 m，直墙半圆拱形，顶帮采用锚网索喷支护，底板不支护。采用综合机械化掘进6个月后，巷道顶部兜肚变形、断锚、断索，围岩变形大，底臌强烈，底臌量达到800～1100 mm(见图1)，严重影响巷道的安全使用，亟需进行综合治理。

2 巷道破坏原因分析及修复方案

2.1 巷道破坏原因分析

(1)地应力高。巷道处于－960 m水平，埋深接近1000 m，围岩应力大。根据对－820 m水平地应力测试结果，该区最大水平主应力量值为20.33 MPa，水平应力大于铅直应力，侧压系数约为1.12，应力场是以水平应力为主［2］，再加上施工扰动引起的内部应力重新分布，围岩体容易发生卸荷破坏，变形破坏严重。

图1 巷道变形破坏情况

(2)巷道围岩性质差，强度低。巷道围岩以花斑状泥岩、砂质泥岩、粉砂岩为主，岩性较差，且穿过3条落差较大的断层和D16、D17煤线，巷道围岩强度低，稳定性差，软岩的膨胀性显著，再加上高应力、高地温的影响，围岩变形不断的增大，导致支护体破坏、巷道失稳。

(3)支护形式与围岩变形不相适应。巷道顶、帮、底的支护为一整体，三者相互关联，互相影响。巷道掘后顶帮及时进行了支护，初期巷道形成应力平衡，但底板没有支护，受水、地应力的综合作用，出现底臌，由于底臌的不断增大，同时具有不协调特性，初期巷道的应力平衡被打破，带动顶帮变形，顶帮的变形进一步加剧巷道的底臌，相互不断影响，最终导致巷道失稳破坏。

2.2 修复方案

根据上述巷道围岩变形特征及变形破坏机理分析，提出控制C15顶板运输大巷修复技术方案。

(1)卧底、刷扩巷道到达设计断面;

(2)对巷道顶帮围岩实施高强锚网索喷补强支护，优化围岩浅部应力环境，促使围岩由两向应力状态向三向应力状态转化，实现高阻让压约束围岩变形，阻止围岩破坏［4－5］;

(3)巷道全断面注浆加固，提高围岩的强度，使巷道顶、帮、底支护形成一整体，提高围岩自身承载能力［6］;

(4)巷道底板实施长锚索加强支护，控制巷道底板深部岩层移动，消除巷道底板鼓起。

3 巷道修复施工

为提高巷道修复速度，在－960 mC15顶板运输大巷修护使用侧装机配合电机车卧底排矸，为充分发挥机械化效能，尽可能组织平行作业，在时间和空间上，进行分区施工，即前方补强支护区、中间的卧底铺轨区和后方的注浆加固区。

3.1 巷道补强支护区

锚杆采用Φ22 mm×2500 mm的高强锚杆，间排距800 mm×800 mm，锚杆托盘为10 mm×180 mm×180 mm的钢板冷轧碟型盘;钢筋网规格为Φ6.5 mm ×930 mm ×1750 mm;锚索规格为 Φ17.8 mm×6500 mm，间排距2400 mm×2400 mm，锚索垫板规格为245 mm×245 mm×12 mm;顶部锚杆每根3卷采用Z2860型树脂锚固剂，帮部锚杆每根4卷采用Z2560型树脂锚固剂，实现全长锚固，锚索每根采用4卷Z2860型树脂锚固剂;喷射混凝土初喷50 mm，复喷70 mm，强度C20，混凝土配比(体积比)为水泥∶黄沙∶瓜子片=1∶2∶2，并均匀加入水泥重量3%～5%的速凝剂。

3.2 卧底铺轨区

为加快巷修进度，使用侧装机卧底，水沟挖掘同步进行，撤除原轨道，进行永久轨铺设。侧装机具有操作方便、机动性强、排矸快特点，考虑兼顾水沟、铺轨和前方支护同步推进，安排两班卧底，日排矸60车，需6个工，平均10车/工，是人工风镐、铲子卧底1.5车/工的7倍。提高劳动效率的同时，也减轻了职工劳动强度。

3.3 注浆加固区

巷道周圈采用深孔注浆，每排7个孔，排距2.5 m，孔深2.5 m;其余孔尽量垂直巷道轮廓线，底板孔尽量垂直巷道底板。孔口管规格:深孔为Φ22 mm×3.25 mm×1500 mm普通钢管;底板孔为注浆胶囊管。巷道周圈深孔终孔压力5 MPa，底板孔终孔压力2 MPa。注浆选用P.042.5普通硅酸盐水泥，浆液类型为单浆液，水灰比为1.5∶1。

底板采用膨胀胶囊无止浆层注浆，如图2所示。注浆胶囊在浆液压力作用下体积膨胀，外壁与孔壁产生挤压，实现封孔。即首先在底板施工600 mm浅孔配合注浆胶囊进行低压注浆，浆液外露即停，浆液与浅层围岩凝结成一层帷幕，然后施工1500 mm中孔注浆，利用浅层注浆形成的帷幕做止浆层带压注浆，最后施工2500 mm深孔注浆，利用上层注浆形成的帷幕进行高压注浆，浆液将巷道底板围岩中的水置换出来，并与深层岩石凝结成一个整体，消除底板岩石遇水膨胀，最终达到加固底板围岩的目的。

图2 膨胀胶囊无止浆层注浆

3.4 修复效果

巷道修复治理内容包括补强支护、卧底、水沟、永久轨、注浆、底锚等一次完成，平均月进200 m，注浆量150 t左右。巷道修复治理4个月后，最大位移量80 mm左右，后期趋于稳定，至今无明显变化，取得了较好的效果。

4 结论

(1)高地应力、围岩性质差和低强支护形式是导致一矿－960 mC15顶板运输大巷围岩变形破坏的主要因素。巷道顶、帮、底的支护为一整体，三者相互关联，互相影响，需同时采用高强度支护。

(2)利用侧装机配合电机车卧底排矸，组织平行作业，在时间和空间上，进行分区施工，巷道修复速度与传统人工修复技术相比提高了7倍，且减小了工人劳动强度。

(3)实施巷道顶帮围岩高强锚网索喷补强支护、全断面注浆加固及底板长锚索的综合治理技术，能有效控制深井高应力软岩巷道围岩变形，具有良好的技术经济效益。

［1］何满潮，谢和平，彭苏萍，等.深部开采岩体力学研究［J］.岩石力学与工程学报，2005，24(16):2804-2812.

［2］袁 亮.深井巷道围岩控制理论及淮南地区工程实践［M］.北京:煤炭工业出版社，2006.

［3］康红普，王金华，林 健.高预应力强力支护系统及其在深部巷道中的应用［J］.煤炭学报，2007，23(12):1233-1238.

［4］张大庆，黄 兴，张国龙，等.淮南深部巷道挤压变形及其控制对策［J］.煤矿安全，2013，44(2):46-48.

［5］严 石，陈建本.复杂条件下巷道围岩控制机理及支护技术［J］.煤矿安全，2013，44(3):71-73.

［6］常聚才，谢广祥.深部巷道围岩力学特征及其稳定性控制［J］.煤炭学报，2009，34(7):881-886.