辛置煤矿软弱岩层巷道综合修复治理技术

2011-01-17刘修文

山西焦煤科技 2011年7期

刘修文

(霍州煤电集团有限责任公司辛置煤矿，山西霍州 031400)

马头门巷道是辛置煤矿开拓巷道中的特殊地段，也是煤矿生产的“咽喉”地段。辛置煤矿上跑蹄进风井井底连接处位于井下约400 m，巷道穿过的岩层性质为煤线和泥岩，为典型的软弱岩层。国内外针对此类巷道的研究和实践表明，采用单一的支护方式治理修复此类巷道的效果不明显，该矿制定了有效的治理措施，取得了良好的应用效果。

1 工程概况及存在的问题

辛置煤矿上跑蹄进风井310水平马头门巷道底板标高 +317．227 m，连接处标高 +310．227 m，距进风井井口393．073 m，原设计净高7 000～4 150 mm，净宽5 300 mm，长度21 500 mm。根据风井掘进时期的检查钻孔得出的岩层柱状图见图1。

马头门巷道由于位于煤层和泥岩岩层内，在施工完成后发生了严重的变形。其变形特征如下：混凝土层开裂后脱落、片帮、掉顶，深度较大处分布达500～1 000 mm，混凝土浇筑体不同程度发生破裂，甚至脱落;墙体内移，位移量800～1 200 mm，巷道宽度减小量平均1 000 mm，其中巷道西壁内移量大于东壁的内移量;巷道底臌现象严重，尤其以马头门北巷道最为严重，底臌量最大达 2 500 mm，平均底臌1 750 mm。原施工巷道净体积620．763 m3，经测算，现巷道净体积为479．68 m3，巷道收缩率达到22%以上。

图1 马头门段岩层柱状图

经过对现场地质和巷道条件的调查和分析得出，造成巷道变形破坏的主要原因如下：1)与辛置煤矿540水平巷道相比，310水平埋深大，地应力高。2)井底连接处所处围岩多为煤线和泥岩，围岩节理裂隙多，强度低，而且泥岩浸水后易于泥化、崩解、膨胀。3)井筒淋水大，井壁上的淋水易于通过破裂的井壁渗入到马头门围岩内，减弱围岩的强度，降低其抗变形破坏的能力，从而导致巷道变形破坏。

2 巷道综合修复治理技术总体方案

通过对马头门巷道的现场调查研究及原因分析，可以得出要实现对巷道的有效治理，不但要对巷道的顶板和两帮采取相应的措施，而且对底板的治理同样重要，因此，治理方案要从治理巷道顶板、两帮和底板同时考虑。

根据巷道治理技术的发展现状调研，得出治理此类巷道需要采取围岩加固和主动支护配合混凝土浇筑技术的综合治理总体方案。1)因为原有巷道围岩发生严重变形，其浅部围岩已经发生松动和变形，因此，对原有巷道进行打眼注浆，对巷道松动破坏围岩进行加固。2)进行原有巷道的扩刷，为了防治裸露在外的泥岩体发生风化和破坏，需要及时采取喷浆措施。3)采取锚杆锚索支护及时支护巷道。4)架设全封闭U型钢棚，提高巷道支护系统的整体性和刚度。5)预留二次注浆锚杆。6)最后铺设钢筋网，进行混凝土整体浇筑。

3 马头门综合修复治理技术设计方案

运用巷道围岩加固以及锚杆索支护机理，结合现场实际生产条件和经验，进行马头门巷道综合修复治理技术的方案设计。

3．1 围岩注浆加固技术的设计

注浆加固技术是通过向被加固内注入黏结性或者固结性的浆液，通过被加固体内的裂隙渗透进入被加固体，从而起到增加被加固岩体的强度和整体性的技术。

针对马头门巷道变形大，需要进行扩帮等实际情况，确定在扩帮之前进行深孔注浆，然后在浇筑完混凝土后进行浅孔壁厚充填注浆加固2种措施。

深孔注浆设计采用直径25 mm的中空螺纹钢注浆锚杆，注浆锚杆长度为4．0 m，注浆孔直径为38 mm，深度5．0 m。布置方式：马头门中线布置1根，往两侧间距均为1．4 m布置，排距为1．4 m。浅孔注浆采用长度为2．2 m的直径25 mm的中空螺纹钢注浆锚杆，注浆孔直径为38 mm，深度为2．5 m，布置方式与深孔注浆锚杆错排间隔布置，排距为1．4 m。

3．2 马头门锚杆索支护设计

锚杆索支护是马头门综合修复治理技术的关键支护方式，是保证巷道稳定的基础和主动支护系统。

锚杆索设计参数如下：

1)锚杆支护参数。锚杆为d22 mm×3 000 mm左旋无纵筋螺纹钢高强锚杆，树脂锚固，每根锚杆使用2支Z2388的中速树脂药卷锚固，锚固长度为1 760 mm，顶锚杆的预紧力矩不得低于200 N·m。锚杆角度：锚杆垂直巷道断面轮廓布置，帮部最下位2根帮锚杆向下倾斜15°布置。钢托板规格：采用与d22 mm锚杆配套托盘和螺母。钢筋梯子梁规格：采用d14 mm的钢筋焊接而成，宽度 80 mm，长度3 000 mm，每隔700 mm焊接一处锚杆孔位置，端部有100 mm搭接段。钢筋网规格：采用d6 mm钢筋焊接而成的经纬钢筋网。网格间排距为100 mm×100 mm，长度×宽度为1 500 mm×900 mm。锚杆布置：巷道顶部中线布置1根锚杆，其它锚杆间距700 mm布置，每排布置锚杆数根据巷道轮廓线长度确定。锚杆排距700 mm。

2)顶部单体锚索。

采用d21．6 mm高强度预应力钢绞线，锚索眼深10 000mm，锚索长度10 300mm，钻孔直径28mm，树脂加长锚固，锚固药卷采用3支Z2388的中速树脂药卷，锚固长度为2 640 mm，采用与d21．6 mm钢绞线相配套的锁具锁紧。单体锚索布置在两排锚杆中间，锚索布置从巷道中心线开始两侧700 mm开始布置，锚索间距1 400 mm，锚索排距1 400 m，每排顶单体锚索共6根。单体锚索在装配钢托板和锁具并锁紧后，再过1 h后张拉至额定预紧力，锚索的预紧力不得低于140 kN。

钢托板规格：采用1块400 mm×400 mm×14 mm(长×宽×厚)的钢板，中孔为d24 mm。

3)帮部与底部单体锚索。

采用d21．6 mm高强度预应力钢绞线，锚索眼深8 000mm，锚索长度8 300mm，钻孔直径28mm，树脂加长锚固，锚固药卷采用3支Z2388的中速树脂药卷，锚固长度为2 640 mm，采用与d21．6 mm钢绞线相配套的锁具锁紧。锚索布置与顶板锚索同排，帮部最上位1根锚索距离顶部最下位1根锚索1 400 mm，其余间距1 400 mm，根数根据帮高度确定，锚索排距1 400 m。单体锚索在装配钢托板和锁具并锁紧后，再过1 h后张拉至额定预紧力，锚索的预紧力不得低于140 kN。

钢托板规格：采用1块400 mm×400 mm×14 mm(长×宽×厚)的钢板，中孔为d24 mm。