高应力软岩巷道支护技术实践

崔小波

（山西长治市襄垣县西营镇上庄煤业，山西 长治 046000）

近年来随着科学技术的不断创新发展，煤矿机械设备也在不断的升级，实现了矿井的高产高效。每年开拓、掘进的巷道工程量在逐年增加，浅部资源的枯竭，再向深部延伸，生产环境的复杂，地应力的增加，带来了一系列巷道支护难题。许多专家学者对高地应力软岩巷道进行了分析研究，并解决了不同地质条件下的支护难题［1-3］。本文在借鉴前人的基础上，对-500 m水平东大巷破坏原因进行详细分析，提出了相应的支护解决方案。

1 工程概况

某矿-500 m水平东大巷布置在2#煤层底板中，顺层掘进，距离2#煤层20～25 m左右，断面形式采用直墙半圆拱，巷道掘进断面面积8.8 m2，宽度3.2 m，墙高1.4 m。巷道揭露围岩主要为砂质泥岩，围岩节理裂隙发育。巷道在掘进初期围岩就发生了大变形，出现了喷层开裂，两帮鼓出并明显的离层，3个月内两帮收敛量达到了300 mm以上，顶板下沉，并和上部围岩之间出现较大的空隙，锚杆、锚索产生失效。

2 巷道围岩破坏原因分析

根据巷道围岩应力环境和围岩岩性综合分析，巷道破坏的主要原因有以下几点：

1）围岩强度较低，巷道围岩主要是砂质泥岩，节理裂隙发育。取-500 m水平东大巷岩样砂质泥岩采用X射线衍射图谱分析方法进行分析，矿物组成成分见表1。围岩含有较多的蒙脱石和伊利石，蒙脱石有遇水膨胀的特点，伊利有石遇水崩解的特点。砂质泥岩属于强度低且遇水膨胀、崩解，是巷道围岩产生大变形的重要原因。

表1 -500 m水平东大巷围岩矿物成份

2）地应力的大小。-500 m水平东大巷埋深较深，属于中深部矿井巷道。由于地表高峰与沟谷并存，导致巷道所处区域的地应力变化较大对巷道掘进期间围岩应力的重新分布具有很大的影响，巷道围岩应力释放迅速，巷道变形严重，支护困难。

3）巷道支护方式及参数的选择。根据-500 m水平东大巷地质及生产条件、巷道变形特点，合理的支护形式及参数是控制巷道围岩变形的重要途径。本大巷原设计采用的长度l=1800 mm锚杆支护系统进行支护，没用采用锚索支护，未采用强有力的U型钢支护，不能保障巷道围岩的稳定。

4）施工质量的问题。通过对工作现场的调研，存在生产工人责任心不足的问题，导致施工质量不到位，喷浆层不到位，围岩密闭不充分，造成巷道失稳的隐患。

3 巷道围岩支护方式的选择

针对高应力软弱围岩的支护形式，大幅度提高支护系统的初期支护刚度和强度，从而保证巷道围岩本身的完整性，再充分调动巷道围岩的深部应力，实现协同支护。依据王卫军教授提出的“内外承载结构耦合平衡原理”，总结原有支护高应力软岩的经验，根据现场地质环境，提出了“锚杆、金属网、U型钢拱支架、喷浆、注浆和锚索”的联合支护方式［4-5］。

第一步巷道开挖以后，采用锚杆、锚网、U型钢拱支架对巷道围岩进行支护，利用锚杆系统和U型钢拱支架联合作用，通过提高支护刚度，达到控制巷道围岩浅部岩层的目的；

第二步在第一步的基础上，通过锚索调动巷道深部围岩，充分利用深部围岩应力，提高了支护强度，使得深部围岩外承载结构和巷道周边的内承载结构协调作用；

第三步通过喷射混凝土、浇筑巷道底板混凝土和注浆封闭围岩，控制围岩遇水软化和风化，同时也控制高水材料的风化。

通过以上三步骤，使巷道围岩在松动圈之内形成承载能力高、整体性好的“内、外承载结构”，以期达到良好支护的效果。

4 支护参数的确定及支护效果分析

4.1 支护参数的选择

依据“内外承载结构耦合平衡原理”，提出了“锚杆、金属网、U型钢拱支架、喷浆、注浆和锚索”的联合支护方式，对支护参数进行了优化。

（1）U型钢支架规格与参数 采用U29型钢支架，排距700 mm。

（2）为满足软岩巷道支护的特殊要求，选用普通的20MnSi建筑螺纹钢锚杆，d=20 mm，l=2400 mm，锚杆间排距为600 mm×700 mm，全断面挂钢丝网和钢筋梯子梁，见图1。

（3）锚索采用Φ15.24 mm×6300 mm单根钢绞线，顶锚索布置在巷道顶板中部；帮锚索布置在离巷道底板1.4 m处，见图2。

（4）采用水泥单液注浆，加入水玻璃3%(体积比)。注浆孔长度3.0 m，直径32～42 mm；注浆管为无缝普通铁管，外径20 mm，长1.5 m，见图3。

图1 锚杆布置

图2 锚索布置

图3 注浆孔布置

4.2 支护效果分析

对-500 m水平东大巷采用“锚杆、金属网、U型钢拱支架、喷浆、注浆和锚索”的联合支护方案以后，利用“十字基线法”对巷道围岩变形量进行为期三个月的监测，监测情况见图4。从图中可以发现在监测初期巷道围岩变形量较大，随着监测时间的推移，巷道围岩变形量减小，且趋于平缓，巷道趋于稳定状态。监测数据表明支护效果良好，达到了预期目标。

图4 巷道围岩变形量

5 结语

1）通过现场调研发现，诸多因素中，围岩强度较低、节理裂隙发育、地应力的大小、巷道支护方式及参数的选择、施工质量等因素是-500 m水平东大巷破坏的主要原因。

2）“锚杆、金属网、U型钢拱支架、喷浆、注浆和锚索”的联合支护方式对-500 m水平东大巷的支护效果良好，为本矿其它巷道支护或类似条件矿井巷道支护提供一定的借鉴意义。