构造带内巷道群破坏机理及支护技术研究

文/张金常

一、概况

平煤十一矿丁六采区回风石门位于-593m水平，平行-593m运输石门布置，全长400m。该巷道穿过有一个落差24m、倾角30°的逆断层，断层破坏带宽度约100m，断层带围岩破碎，且水平构造应力较大。原支护为锚喷支护，北与丁六回风下山相连，南与丁六回风上山相连。巷道原形状为直墙半圆拱形，下宽4.4m，墙高1.5m，拱高2.2m，整个巷道中高为3.7m，净断面积12.8m2。

回风石门自掘进以来，就出现剧烈变形和破坏，目前已经多次返修。经实测，巷道变形情况为：巷宽由原来的4.4m变为现在的2.5～3.0m，高度由原来的3.7m变为现在的1.8～2.4m，巷道顶帮变形严重，只能维持矿车通过。虽经多次翻修也无法保证该回风石门的正常使用。

二、深井软岩巷道变形破坏机理及支护修复技术

1.深井软岩巷道变形破坏机理及支护技术

目前，在破坏岩体中修复巷道及在深部软岩高地压巷道围岩控制理论和技术方面主要有如下几种技术及最新研究进展：U型钢可缩支架结合壁后充填技术；锚注修复加固技术；锚架联合修复加固技术；锚筒修复破碎岩体巷道新技术。

2.注浆加固时机和组合方式的分析

在软岩动压巷道注浆加固对岩性有明显的改善作用，通常有两种方式：在锚杆支护、金属支架或其他支护的基础上，单独钻孔注浆加固；将注浆和锚杆统一起来的锚注一体化支护技术。

实践和理论都表明锚注联合支护技术具有较大的优越性，是支护技术的发展方向之一。近年，锚注支护相结合的方式在修复巷道中应用较普遍。但需要注意的是：

（1）巷道周边浅部围岩(一般小于1.5m)破坏严重，相对变形量大，应在保持自稳能力或不松动情况下允许其充分变形，是有效注浆加固的主要区域，锚杆锚固点选在此区可靠性相对较差，易随巷道变形而破坏，锚固力较低。

（2）巷道围岩深部范围(1.5～2.5m)破坏程度衰减较快，裂隙张开度较小，可注性差，锚杆端头锚固区选择在此区比较可靠，能够保证并维持锚固力。

锚杆支护一般要求及时，而只有巷道围岩经历一段变形后，注浆固结区才能形成，才具备注浆的条件。

三、支护步骤及支护参数

此次巷道支护的顺序是先采用锚索进行全断面支护，再用U29进行架棚支护，最后进行注水泥浆加固围岩。

（4）作业环节的数字化。如对测斜井深、短起下井深、短起下井段等施工环节进行数字化规范，以数字化的作业环节保证井身质量、施工质量。

1.全断面锚索支护参数

（1）初喷。刷大断面达到设计要求，净宽5.0m控制施工。墙高1.5m，拱高2.5m，巷道中高4.0m，净断面17.3m2。敲帮问顶后即进行喷浆，喷浆前处理活矸，及时喷射混凝土封闭围岩，水泥采用硫铝酸盐快硬水泥，水灰比0.42，喷浆前必须清洗岩面，喷层厚度 50～70mm。

（2）顶帮锚索。从顶板正中位置开始依次向两侧布置全断面锚索支护，钢绞线规格为Φ17.8×4.5m，眼深4.2m，锚索间排距为750×700mm，网片采用Φ6钢筋焊接而成的钢笆网，网孔尺寸50×150mm，锚索托盘300×300mm的方球形托盘，每孔采用三支Z2380树脂药卷加长锚固，以保证锚固效果。锚索预紧力80KN，锚固力不低于200KN。锚索垂直岩面施工安装，巷帮最下面两根斜向下30°施工钻眼安装。现场实施时根据巷道破坏位置和方向在东部巷帮位置施工Φ17.8×6.3m甚至更长的锚索来加强支护。

（3）底板长锚索控底。首先将底板清底300mm，在底板施工安装四个长锚索，钢绞线规格为Φ17.8×6.3m，眼深6.0m，锚索距帮500mm，间距1.3m均匀布置，中间两根锚索垂直底板施工安装，靠帮附近两根锚索斜带30°施工安装。控底长锚索与顶帮锚索同步施工安装，锚固要求不变。

2.U29钢棚支护参数

（1）滞后锚索支护20m左右，在全锚索支护基础上架设U29钢棚，棚距700mm，架设在两排锚索之间，并及时采用煤矸袋进行壁后充填密实，U棚棚腿下面要加钢垫板，防止U棚棚腿钻底下陷。

（2）U29钢棚梁腿联结处分别采用2副双槽夹板紧固连接，气扳机安装，螺栓紧固扭矩不小于300N·m。

3.注浆支护参数

（1）U29钢棚架设巷段 10～20m，集中进行注浆工作。

（2）喷浆。水泥采用硫铝酸盐快硬水泥，水灰比为0.42，喷层厚度为100～150mm，并将U棚喷盖严实避免跑浆漏浆。

（3）注浆。标号525的硫铝酸盐快硬水泥，水灰比为0.85～1.0，注浆压力、渗透范围和注浆量应根据注浆实际情况进行确定，但必须采取低压注浆，而且滞后注浆钻孔的布置可根据岩层倾角和裂隙非对称布置。注浆量要饱满充实，并不发生跑浆漏浆为宜。

（4）注浆锚杆长度2500mm，4分钢管制成，钢管1m长度后十字错开钻孔，孔径由大逐渐变小，前端孔径Φ8mm，后端孔径Φ4mm；采用空心水泥卷或树脂药卷封孔，封孔深度为1.0m。注浆最大压力为2.5MPa。

（5）注浆孔布置。采用风锤进行钻孔或直接采用自攻式锚杆，每断面7孔布置，排距1400mm；钻头直径42mm，孔深2.6m。

（6）顶板松散破碎易冒难以施工锚索时，先进行必要的超前注浆。

四、工业性试验

现场工业性试验施工6个多月，基本完成整体工程；后续对底板拉底处理并注浆，总体试验巷道成巷125m。

现场施工中，按20m分时段：先用全断面长锚索主动控制围岩，接着采用U29钢棚可缩支护，再采用快硬水泥滞后注浆，三个地段平行作业。采取这种锚架注联合支护方式，分阶段动态加固，有力控制了断层带地质构造应力引起的围岩破碎和巷道变形。巷道修复一年后，巷道顶板下沉量和两帮移近量：顶板最大下沉量为324mm，两帮最大移近量接近354mm，整体支护效果良好。

五、结论

1.采用锚架注“三阶段”强化支护动态加固技术，实现了对松散破碎围岩巷道的动态加固循环支护，动态补充破碎围岩强度，可以形成松散破碎围岩的厚层承载壳，以维护巷道的长期稳定性。

2.所采取的支护方案和具体参数，技术上可行，安全上可靠，达到了预期支护效果，维护了巷道稳定性，保证了回风石门的安全畅通。巷道修复一年后，顶板最大下沉量为324mm，两帮最大移近量接近354mm。

3.修复工艺分阶段实施，各工艺工序分步骤进行，分别成巷，互不影响，在人员调配合理组织协调的情况下可以保证施工进度。