深部开采软岩巷道变形修整技术的研究

胡 冰

（山西汾西正城煤业有限责任公司， 山西 孝义 032300）

引言

如何确保软岩巷道围岩稳定是深部开采时需要解决的现实问题，众多的科研学者对深部开采时掘进巷道围岩控制技术展开研究，取得显著成果，为深部开采巷道围岩控制提供良好借鉴[1-4]。文中就以某矿+750 m 水平运输大巷围岩变形修整为研究对象，在对巷道围岩变形原因、机理分析的基础上，提出针对性的围岩修整技术措施，确保巷道后续使用需要。

1 工程概况

山西某矿+750 m 水平运输大巷是3 采区煤炭开采的主要运输通道，巷道埋深平均690 m，为岩巷。巷道沿着砂岩掘进，掘进的岩层中夹杂有泥岩、细砂岩，裂隙以及节理较发育。对巷道围岩岩性成分组成分析发现，围岩中存在有较多的高岭石、方解石等矿物，遇水容易膨胀变形、软化，从而给巷道围岩稳定带来一定影响。

+750 m 水平运输巷断面为半圆拱形，初次支护采用锚梁网方式、二次支护在锚梁网基础上增加喷浆。支护采用的锚杆规格均为Φ20 mm×2 000 mm。巷道掘进完成后出现一定程度变形，虽然后期修整断面得以恢复，但是后期仍出现较大变形，给巷道正常使用带来一定影响。

2 巷道围岩变形特征及变形机理分析

2.1 变形特征

从现场观测发现，+750 m 水平运输大巷围岩变形以顶板下沉、底鼓为主。由于巷道埋深平均690 m，埋深较深，地应力显现明显，掘进支护完成两周后顶板、巷帮变形量平均分别为400 mm、500 mm，围岩变形给巷道正常使用带来影响。

由于巷道围岩岩性松软，蠕变变形突出，围岩变形不收敛。原支护方案未对底板进行处理，从而造成多段位置底板严重底鼓，部分区域底鼓量超过800 mm，从而造成巷道断面收缩明显。

2.2 围岩变形机理

根据现场巷道围岩变形特征，综合分析巷道围岩变形量较大主要原因是由于巷道埋深较深，地应力较大且分布不均衡，从而造成局部区域围岩变形严重。现场实测发现巷道水平应力平均在38 MPa，测压系数较大，从而会引起底板出现较大底鼓。巷道围岩支护选用锚梁网+喷浆方式，大量工程实践表明上述常规围岩支护方式难以满足深部区域软岩巷道围岩控制需要。

巷道掘进岩层本身就含有大量的高岭石、方解石等矿物，裂隙及层理、节理等均较为发育，遇水后膨胀变形会加剧巷道围岩变形。加之巷道原有的支护强度不足，从而会在高应力作用下巷道周边岩层内出现较大的塑性区分布范围，从而致使巷道出现较大变形。

已有地质勘探资料表明，+750 m 水平运输大巷掘进范围内发育有多条断层以及褶曲等构造，地质构造会进一步降低巷道围岩岩性且构造应力会使得巷道围岩内应力分布更为复杂，从而在一定程度上增加巷道围岩控制难度。

3 围岩变形修整设计

3.1 修整理念

根据+750 m 水平运输大巷地质条件、变形破坏特征以及现有的巷道支护策略，并采用工程类比法最终确定巷道修整采用锚网索喷+注浆加固措施。通过布置补强锚索并对围岩破碎区域进行注浆，从而提升围岩整体强度及稳定性，改善巷道围岩受力状态，从而在一定程度上降低巷道围岩变形量[5-6]。

从现场探测发现，+750 m 水平运输大巷帮角以及拱顶等位置为巷道围岩稳定敏感区，在后续巷道修整时通过施工补强锚索并对上述位置进行注浆，可有效降低围岩内塑性区分布范围，从而控制围岩变心。具体巷道后期修整时采用的修整策略见图1所示。

图1 巷道修整策略

3.2 巷道修整技术

依据+750 m 水平运输大巷围岩地质条件以及围岩变形特征对巷道围岩变形进行针对性修整。具体修整时增加锚杆使用长度，将原有的Φ 20 mm×2 400 mm 改为Φ 22 mm×2 500 mm，适当增加锚杆直径以及长度以便增加支护强度，从而更好地控制巷道浅部围岩变形。将锚杆间排距由原有的1 000 mm×1 000 mm 缩短至800 mm×800 mm。

返修时采用的锚索规格为17.8 mm×6 300 mm，按照1 600 mm×1 600 mm 间排距布置，锚固长度均为2 000 mm。采用Φ 6 mm 铁丝编制的金属网（长×宽为1 000 mm×900 mm，网孔规格为100 mm×100 mm）对围岩进行控制，表层喷射的混凝土层厚度为100 mm。为了提升巷道底板以及围岩支护体系整体强度，采用锚索（规格Φ 17.8 mm×6 000 mm）按照2 400 mm×2 400 mm 间排距对底板进行补强加固，并采用钢筋梯子梁连接锚索，使得锚索支护体系形成一个完整整体。具体锚杆、锚索施工时的具体要求见表1。

表1 锚杆、锚索施工要求

在巷道帮角、帮肩等布置2 500 mm 注浆孔，注浆压力控制在4 MPa，选用水泥单液浆。

4 巷道修整效果

将设计的巷道修整方案在+750 m 水平运输大巷中应用，并采用“十字交叉法”对巷道表层位移量进行监测，具体得到的围岩变形数据见图2。

图2 围岩变形监测结果

从图中看出，修整完成75 d 后巷道变形量趋于稳定，顶底板、两帮最大变形量分别为82 mm、43 mm，较修整前围岩变形量明显降低。该数据表明，文中提出的巷道修整方案针对性较强，可有效控制深部、软岩巷道围岩变形。修整后的+750 m 水平运输大巷可以满足后续煤岩运输以及采区通风需要。

5 结论

1）对+750 m 水平运输大巷围岩变形机理进行分析，发现围岩变形量较大主要因素是地应力较高、围岩强度低、原有支护强度不足等，并针对围岩变形特征提出以锚索补强+注浆加固为核心的巷道修整技术方案。

2）修整方案现场应用后，巷道围岩变形量得以控制，修整后巷道顶底板、巷帮变形量分别为82 mm、43 mm，巷道断面可满足通风、运输需要，取得了显著的修整效果。