深部高应力围岩巷道维修支护技术及其优化

孙长海

摘要：在改革开放的新时期，我国的国民经济在快速的发展，社会在不断的进步，文章通过分析深部巷道在高地应力作用下的破坏情况，结合高应力围岩巷道的变形特征和破坏机理分析，采用全长锚固、复合网和注浆锚索加强两帮支护的高应力环境下巷道修复方式，降低了巷道变形的情况，并延长巷道维修周期，进一步改善并优化了深部高应力围岩巷道维修支护技术。

关键词：深部高应力；巷道维修；注浆锚索

引言

随着浅部资源枯竭，煤矿采场布置逐渐向深部转移，随之而来的深部高地应力对巷道的破坏情况日益严重，巷道受力后岩体破碎，使修护工作更是难上加难。重新掘进巷道在时间和空间上都会制约矿井的发展，研究高应力环境下巷道修复的合理支护方式变得尤为重要。某矿-817mC13底板巷位于该矿井-820水平，由于埋深较大巷道压力显著，通过调查发现，巷道围岩为砂质泥岩，巷道两帮变形及底鼓最为严重，局部卧底量超过0.9m，巷道使用面积变小，甚至还导致巷道无法使用，部分巷道经过返修，但破坏仍较严重，影响矿井生产和安全。为了更好地对巷道进行维修，通过摸清巷道围岩变形特征及变形力学机制，采取有针对性的支护方法。

一、巷道变形破坏特点及原因分析

（一）巷道破坏现象及特点

通过对巷道现场的实际考察及测试，发现巷道变形破坏有以下几个特点：在一次支护巷道中，未对不同的岩层进行综合分析，均采用锚网喷支护方式，达不到巷道支护要求，而出现变形和破坏的程度不同；部分地段顶板有淋水现象，由于受巷道围岩中水的影响，局部变形破坏更严重；变形破坏后的巷道围岩，其主要特征是软弱、松散和破碎，加上软化和泥化现象显著，岩体倾向反转，顶板围岩呈现倒人字形破坏，承载能力极低，从而加剧了巷道后期的变形破坏。

（二）巷道破坏失稳原因分析

通过分析巷道破坏特点，综合物理模拟和数值模拟结果，深部高应力软岩巷道失稳的原因和机理为：深部地应力大而且应力场分布复杂，这是影响巷道稳定性的最重要因素。当开挖引起的应力集中导致围岩破裂时，围岩破裂是释放应力的过程，同时导致高集中应力往围岩深部转移，进一步导致深部围岩的破裂，当深部围岩的承载力大于应力时破裂才停止；深部巷道围岩的软岩特性十分明显，除一部分围岩本身强度低，呈现软岩特性外，坚硬的岩石也会呈现明显的软化和弱化现象，围岩条件极破碎，强膨胀，受流变时间效应的影响，呈现大变形特性；支护时机不恰当、支护形式及参数不合理等也是导致深部高应力软岩巷道失稳的关键原因。针对平煤股份五矿己三下延轨道下山底板这一关键部位，建议采用锚注的方式进行加固，防止严重底鼓的发生。

（三）施工关键技术

1.锚杆施工关键技术

（1）严格控制锚杆孔的排距、角度和深度。（2）锚杆孔成孔后，用压风吹洗眼底，在安装前，使树脂锚固剂的锚固效果及锚杆的锚固力得到保证。（3）锚杆安装时，按照施工工艺要求，用锚杆体将树脂送到眼底后，起动锚杆钻机，树脂药卷得到搅拌，送至眼底后，停钻机，等待约20s，卸下钻机，锚杆安装完成。（4）为了保证锚杆初锚力，锚杆安设时的安装扭矩不能低于150N·m，每班质检员应采用扭矩扳手进行抽查，不合格的一定要重新拧紧。

2.锚注施工

（1）为保证注浆时不出现漏浆现象，必须进行喷浆，可封闭巷道围岩的表面裂隙。（2）喷浆时，须控制好喷层的质量，既要将围岩封闭好，又要保证注浆锚杆孔口的外露长度。（3）注浆时，注浆工站在注浆锚杆的侧面1m以外，以防锚杆孔喷浆伤人。注浆压力一般不大于2.0MPa，超压时，处理要及时，避免发生设施损坏甚至伤人等事故。（4）底板注浆时，要注意观察注浆孔周围浆液的渗漏和扩散情况，当巷道的底板周围出现大量漏浆情况时，可以暂停注浆，再对其余注浆孔实施注浆作业。（5）根据巷道实际注浆情况的变化，及时开、停注浆泵，并时刻注意观察注浆泵的注浆压力，以免发生管路堵塞及崩管等现象。

二、支护技术优化

针对某矿-817mC13底板巷修复的支护优化措施，其一分析锚杆钻机的钻孔情况，观察到钻进速度正常，在钻孔之后也并未出现塌孔状况，证实岩层能够进行正常的锚固；岩石相对来说较为松软，通过对打孔时排出的冲孔水的颜色进行初步判断后，能够对锚固的强度进行有效预测。其二，观察已经过扩修的巷道，能够看到在顶板上有较多的锚杆和锚索。在巷道围岩严重变形的情况下，锚杆和锚索并没有出现一些不良情况，不仅不会由于岩层膨胀的拉伸作用产生断丝、断锚，也没有产生弯折。因此，对巷道支护可采取以下技术方式进行优化：1）全长锚固取代端锚。端锚的锚杆自由段几乎不会出现径向约束效应，在岩层出现层间错位、剪切膨胀的过程中并不能出现相关反应，且软岩中锚固的强度很低，轴向约束效应也会受到一定的制约，无法进行有效支护。2）复合网取代单层网。以往的支护使用的是D6.5mm圆钢焊接菱形钢筋网，其网片为1750mm×930mm，网与网之间的间隔为100mm×100mm，围岩在力的作用下产生破碎情况，钻孔机的锚固过程则会出现漏顶情况，在本次支护中使用的是复合网，即在钢筋网内部增加一层D2mm菱形铁丝网，大小与钢筋网相同，且网格之间的间隔为50mm×50mm。3）注浆锚索取代浅孔注浆。

三、支护效果检测

对本次支护优化方案设计的效果进行检测，一是要检验围岩注浆后的效果，采用钻孔窥视仪，观测在同一区域维修前后的锚索钻孔。通过前后的对比效果，我们观察到在孔深为5m左右时，注浆效果表现显著，渗透到岩体中，产生了黏结补强的效果，并转变了围岩的破坏机制，很大程度上提升了支护结构的承载能力，满足高应力破碎岩体巷道的支护需要。其二，巷道中也布置了围岩表明位移监测断面，从上文中也进行了相关分析，巷道底板的两帮位移量明显降低，使得底鼓情况明显得到改善。此方案的实施确实加强了支护结构的承载能力，并对深部高应力巷道的变形起到有效控制作用，对巷道的稳定以及矿井的生产都提供了保障。

结语

巷道维修应根据深部巷道围岩压力的来压迅速，围岩变形量大，四周同时来压和持续流变等特性，采取正确的支护原则和措施。由于支护原则和方法不正确虽曾采用多种形式的支护，但成效并不明显。分析原因有：在维修过程中只是简单的对破碎围岩进行挖补，没有真正地从巷道围岩破坏程度，以及如何利用围岩增加抗压强度进行支护设计。

参考文献：

[1]赵生才.深部地下空間开发利用[J].地球科学进展，2005，20（1）：115-118

[2]王连国，等.深部高应力极软岩巷道锚注支护技术研究[J].岩石力学与工程学报，2005，24（16）：2889-2893