联合支护技术在高埋深大断面岩巷中的应用

吕冬超 张鹏

摘 要：新乡能源有限公司赵固二矿底板措施巷及其周邊的胶带运输大巷均处在复杂的高埋深高应力环境中，围岩强度差，采用锚网索+36U钢棚支护难以控制围岩的变形。采用工程类比方法，提出对底板措施巷联合支护技术，即锚网索一次支护，紧跟迎头36U钢棚二次支护并喷砼封闭围岩，滞后对围岩进行注浆。现场实践证明，支护后90d，围岩两帮收缩最大变形不超过50mm，变形速率接近0，减少了矿井巷道的失修率，取得了较好的效果。

关键词：高埋深；大断面；联合支护技术

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2017）03-0092-02

Abstract： The floor measures roadway and its surrounding belt conveyor roadway of Zhaogu No.2 coal mine of Xinxiang energy Co. Ltd. are in complex high depth and high stress environment， the strength of surrounding rock is poor， it is difficult to control the deformation of surrounding rock by using anchor wire rope +36 U steel shed support. Based on the engineering analogy method， this paper put forward the combined support technology of the floor measures roadway， namely a supporting anchor wire rope， followed head-on 36 U steel shed supporting and secondary spray concrete closed rock， lag of surrounding rock grouting. Field practice proved that support after 90 days， the biggest contraction deformation of the two sides of surrounding rock was less than 50 mm， the deformation rate was close to zero， reduced the rate of disrepair of mine roadway and achieved good effect.

Keywords： high depth；large section；combined support technology

随着开采深度的不断增加，矿压现象逐渐明显。尤其在大断面岩巷掘进中，由于断面大，相应压力更加明显，给巷道支护带来了很大的困难，同时制约了掘进速度，也提高了成本[1]。因此，采用先进的支护技术，是实现控制高埋深大断面岩巷围岩稳定的重要手段。

1 工程概况

以河南能源化工集团焦作煤业（集团）新乡能源有限公司赵固二矿底板措施巷为例，底板措施巷掘进地层位于二叠系下统山西组下部砂质泥岩、泥岩层段。经已掘巷道和钻探工程揭露此巷道隔水层薄弱，顶底板较破碎，而且受地压、地质条件影响，易发生顶板下沉、底板鼓起、两帮挤出等现象。底板措施巷为直墙半圆拱型，掘进巷宽5 320mm，掘进巷高4 210mm，掘进面积为19.36m2。

2 围岩失稳机理及控制技术

巷道围岩的稳定取决于地质力学环境、围岩强度及巷道支护方法等[2]，根据上述分析，认为底板措施巷变形破坏机理如下。

2.1 围岩整体性差

底板措施巷围岩多为泥岩、砂质泥岩，从胶带运输大巷已掘巷道和探孔岩性看，主要由泥岩、砂质泥岩类组成，整体性差，易于风化，裂隙发育，围岩破碎，自稳能力差。受水的影响大，经水作用后，围岩膨胀，强度急剧降低，失去了承载能力。

2.2 围岩流变性强

底板措施巷围岩多为软弱的泥岩、砂质泥岩，在高应力作用下，会以较大的速率发生变形；胶带运输大巷的变形监测也说明了这一点，支护后150d两帮变形达到564mm，顶底板变形达到461mm，变形速率为3.4mm/d，进入变形加速阶段。

2.3 原支护系统强度低

根据现场考察，胶带运输大巷虽然采用高强度锚杆及锚索，但巷道围岩可锚性差，围岩表面在未进行喷浆、架棚支护之前多已经风化，造成锚杆、锚索作用失效。

2.4 施工工艺有待改进

胶带运输大巷采用二次支护，由于围岩物理力学性能较差，在下一工序之前，表层围岩即开始风化，造成一次支护失效，二次U钢棚支护变形较大。

根据上述分析，围岩破碎、岩性差、围岩流变及支护方法不合理是胶带运输大巷变形破坏严重的主要因素。

3 支护方案

3.1 胶带运输大巷支护方案

3.1.1 一次支护采用锚网索支护。锚杆规格为φ20mm×3 200mm，间排距800mm×800mm，锚固长度不小于1 000mm。锚杆锚固力不低于100kN，锚杆螺帽扭矩力不小于150N·m。

锚索规格为φ21.6mm×6 250mm，锚索间排距1 600mm×800mm，按“五二五”方式进行布置，即第1排打设5根锚索，第2排打设2根锚索，锚索排距为800mm，依次交替前进。锚固长度不小于2 000mm，锚索预应力不小于150kN，油泵压力表读数必须达到38.5MPa。

3.1.2 二次支護采用36U钢棚+喷砼支护。36U钢棚全宽4 780mm，全高4 750mm，支护后宽×高=4 500mm×3 620mm，架设单棚，间距为中对中500mm，底拱下铺设金属网，喷砼厚度140mm，强度为C25。

3.2 底板措施巷支护方案

如图1所示，在胶带运输大巷支护方案的基础上，增加壁后注浆施工工艺。二次支护围岩经过一段时间的变形与卸压后，对注浆孔进行封孔与注浆。

注浆使用φ32mm×2 000mm的注浆管进行注浆。注浆孔规格为φ42mm×2 500mm，间排距1.8m×1.8m，底脚注浆管距离底板不大于400mm，每排布置5个孔。注浆孔角度为两底角下扎30°～45°，其余与岩面角度不小于75°。注浆管外露长度不大于50mm。

注浆材料采用PO32.5普通硅酸盐水泥配制而成，水灰比为0.6～0.8（质量比），注浆压力到3～4Mpa即可。注浆设备为QBZ-50型风动注浆泵。

4 支护效果检验

检验方法采用十字交叉法矿压观测，观测底板措施巷长约40m，分别布置3个围岩移近量测点，间距10m。矿压观测结果如下：进行3个月的矿压观测，以测点1为例，观测结果趋势图如图2所示。

从巷道围岩移近量～时间关系曲线可以看出：底板措施巷初期变形量较大，经过40d后，围岩基本稳定；60d后变形速率趋于0；3个月后两帮移近量，第一测点45mm，第二测点43mm，第三测点39mm；顶底板移近量，第一测点47mm，第二测点43mm，第三测点46mm。

5 结论

①围岩破碎、岩性差、围岩流变及支护方法不合理是巷道围岩变形破坏严重的主要因素。

②采用“锚网索一次支护、36U钢棚+喷砼+壁后注浆二次支护”技术，能够使巷道围岩强度和承载能力得到显著提高，巷道变形量明显减少，是一种非常好的主动支护形式，可以较好地解决高埋深软岩巷道的支护问题。

③现场矿压观测表明，所采用的支护方案取得了较好的效果。

参考文献：

[1]姚艳斌.锚网索喷支护在深部大断面岩巷施工中的应用[J].煤炭技术，2009（5）：71-72.

[2]常建新，张双全.复杂应力区大断面硐室围岩流变控制技术研究[J].中州煤炭，2016（3）：60-62，65.