国阳二矿470水平南翼大巷修复与加固技术研究

姚建新

（阳泉煤业集团国阳二矿，山西 阳泉 045008）

国阳二矿470水平南翼大巷修复与加固技术研究

姚建新

（阳泉煤业集团国阳二矿，山西 阳泉 045008）

针对国阳二矿470水平南翼巷道严重收缩变形破坏、不能满足正常使用要求的情况；采用了锚注和U型钢可缩性金属支架联合支护，关键部位锚杆（索）加强支护形式，对大巷进行了加固支护；解决了二矿局部巷道屡坏屡修，影响辅助运输能力正常发挥、制约采掘生产的局面，实际应用效果良好。

巷道修复；注浆加固；国阳二矿

1 巷道基本概况

国阳二矿470水平南翼大巷五采车场段地表，位于虎头梁沟东南一带山岭之中，地面标高965 m～1100m。大巷东部为五采区，西部为七采区。上距560水平一南翼大巷93 m。总体为一向斜构造，其上发育次一级的褶曲构造。地层倾角3°～ 12°，平均为5°。断裂构造不发育。巷道揭露15号煤层，平均厚度6.7 m，普通含两层夹石（八寸石和驴石）。煤层直接顶为黑色泥岩，老顶为砂质泥岩。巷道最初支护形式采用锚杆、砌碹联合支护，巷道净宽4.2 m，净高3.5 m。由于巷道压力显现严重，在450 m～600 m处，距五采下料车场口往里约180 m巷道，碹体巷道严重收缩变形破坏，不能满足正常使用要求。1995年已采用29U型棚进行了一次整修加固；但近几年来又损坏严重，虽然已采用锚索网支护对巷道进行补强加强支护，但到2006年该段巷道U型棚支护段约50%的棚腿受压弯曲，巷道两帮收缩严重，巷道净宽缩为3.2 m～3.9 m，已不能满足双轨运输要求，现变为单轨运输，运输距离长达500m。按矿的衔接安排，2007年9月份80914高效工作面投入生产，由于该段巷道是390水平辅助水平的运输主干线，现单轨运输肯定不能满足400万t/a生产需要。

采用传统巷修技术扩巷整修，如果离层、松动岩体大面积冒落，390水平现有队组生产运输能力将无法保证，而且该巷道也有报废、无法整修的危险；将直接影响到80914高效工作面的投产，成为制约二矿年度生产任务完成的最大瓶颈。因此，研究和解决这类巷道的修复、支护、加固方法问题，势在必行，且很重要。

2 巷道变形破坏特点和破坏原因分析

2.1 巷道的变形和破坏特点

通过对国阳二矿470水平南翼大巷五采车场段的现场实际考察，发现巷道的变形和破坏具有以下特点：（1）对于原锚杆、砌碹联合支护形式，静压下巷道能保持基本稳定；但在动压下即使采用可缩U型钢和锚索等加强支护，巷道也不能保持稳定，发生严重变形破坏。（2）巷道变形破坏后，修复时仍以U型钢支架为主进行支护，支架后背坑木或钢筋混凝土背板，支架后存在较严重的空顶和空帮现象，支架受力性能较差，相对地降低了巷道支护结构的承载能力，影响了巷道的整体稳定性。静压下巷道能在一定时间内保持基本稳定，但后期也产生一定的变形，在动压下则发生严重的变形破坏，从而造成支架出现严重的偏转、折曲、扭曲、内挤及下插底板、形成尖顶等各种变形破坏方式，巷道表现出较严重的断面收缩。因此，修复后的支护结构仍不能保持巷道的稳定。（3）其主要破坏形式为两帮内挤，特别是底角内挤量极大，从而形成尖顶形式，使支架严重扭曲，且底鼓严重，局部顶板下沉量较大，造成支护结构的全面破坏。（4）变形破坏后的巷道围岩，其主要特征是软弱、松散、破碎，使得围岩的力学特性显著降低和弱化，承载能力极低；修复巷道时，围岩极其破碎，易发生冒顶和片帮，支架后大量存在空顶和空帮现象，从而无法实施有效的主动支护等加强支护手段，加剧了巷道后期的变形破坏。

2.2 巷道变形和破坏原因分析

巷道发生严重变形和破坏的原因主要包括岩性、围岩裂隙发育（碎胀压力）、地应力与构造应力、支护结构等几个方面综合作用的结果。（1）围岩呈显著的高应力软岩特征：该巷道使用过程中发现，围岩自稳性差，极易冒顶和底鼓，而底鼓使两帮及顶板位移量加剧，松动范围扩大，持续时间长，使支护结构失稳；（2）构造和采动应力大：从开拓系统图中看出，该大巷处于构造复杂地带，并受560水平巷道和采区开采影响，构造应力、采动重新分布应力、重力场叠加，使得作用在结构上的载荷增大，当结构承受不了该载荷时，必然产生变形，逐渐造成巷道支护结构的破坏。（3）支护方式与围岩条件不适应：U型钢棚是一种被动支护，围岩强度得不到提高，对松软岩层，围岩自身承载能力低，在高围岩压力下，支架变形收缩，松动圈进一步扩大，使支架和围岩处于失稳状态。（4）碎胀压力大：该巷顶板为泥岩和砂质泥岩，并穿15号煤层，在强大构造和上覆岩层压力下，软弱面岩石被挤压突出，造成支护结构的严重失稳，围岩严重变形、破坏，产生巨大的碎胀压力。

3 巷道修复和加固技术方案

3.1 巷道支护原则的确定

目前巷道支护中，可选择的主要支护方式有金属支架支护、锚喷支护、预应力锚索支护、注浆加固及各种型式的联合支护等。金属支架支护，存在施工机械化程度低，速度慢，工人劳动强度大，且属于被动支护，承载能力相对偏低，因此不宜单独采用；而锚喷支护对于新掘巷道来说，只要能够实施锚杆支护，并采取合理的支护参数和施工工艺，其支护效果较其它方式要优越；但对于多次修复巷道来说，由于围岩松动范围极大，无法实施锚杆支护，或无法保证锚杆的锚固力，形不成有效的支护结构，不能控制深部围岩的碎胀变形，因此也不宜单独使用；预应力锚索支护承载能力高，在不稳定地层的巷道及硐室支护中获得了较好的效果，但施工速度较慢，支护成本相对较高，适合作为一种加（补）强支护措施；锚注支护是一种可靠有效的后加固手段，与其它各种支护方式相结合，已取得较好支护效果。因此，对于阳泉二矿470水平南翼大巷五采车场段巷道来说，只有采用合理的联合支护方式，才能保证巷道支护结构的长期稳定。

3.2 巷道支护与加固技术方案

根据支护与围岩相互作用的研究成果，支护强度是控制巷道围岩剧烈变形的关键因素，对于国阳二矿的高应力碎裂围岩巷道，仅仅依靠相当支架本身的支护能力，很难控制巷道的剧烈变形，必须充分发挥巷道围岩自身的承载能力，才能保证巷道在静动压下的稳定。针对二矿南大巷已发生较大变形，围岩松动范围较大的特点，一方面要刷大巷道断面，及时实施初次支护，以满足使用要求，另一方面要防止松动的围岩在施工中出现较大范围的冒顶和片帮。然后采用有效的措施提高围岩的整体性和自承载能力，以便有利于进一步实施可靠有效的主动支护，并加强巷道底角支护，用以实现控制巷道底鼓的目的。因此，借鉴其他煤矿的成功经验，技术方案采用：“锚注和U型钢可缩性金属支架联合支护以及关键部位锚杆（索）加强支护形式”。

图1 U型钢与喷网支护及锚注加固结构示意图

以内注浆锚杆为核心所形成的锚注联合支护体系，其实质是采用注浆锚杆兼作注浆管使用，一方面通过注浆改变岩体的力学性能，另一方面为锚杆提供了有力的着力基础，提高了锚杆的支护效果；注浆不仅可使松散围岩胶结成整体，而且使原端锚锚杆变成全长锚固，成倍提高围岩岩体自身的承载能力，真正变被动支护为有效的主动支护；已有的工程实践证明，采用这一技术路线解决不稳定巷道的支护问题是正确的。

由于巷道已发生较大变形，围岩松动范围较大。因此，所用支护方式包括：可缩性U型钢支架与喷网支护、壁后充填注浆、关键部位锚杆（索）与注浆加固等。其修复、支护、加固方案主要包括：（1）巷道断面的刷大和U型钢支架与喷网初次支护。（2）U型钢支架与喷网支护壁后充填注浆。（3）巷道全断面注浆加固。（4）巷道关键部位和底板加强支护。修复后巷道采用的U型钢与喷网支护、锚注加固结构，见图1。

4 巷道支护与加固的使用效益

项目的实施，从根本上解决了局部巷道屡坏屡修，影响辅助运输能力正常发挥、制约采掘生产的局面。如果该段巷道不返修或整修不成功，需重新掘巷500m替代该段巷道，掘巷成本需450万元，且重新掘巷需近9个月的时间，势必影响80914高效工作面的投产；80914高效工作面储量近300万t，按日生产原煤8000 t计，如果耽误几十天，经济损失将达几千万元。

通过本项目，确保了矿井的正常生产、通风、运输；采用的方案减少返修工作量、节约维护费用，大大减轻了工人劳动强度；通过巷道支护机理与技术的研究，解决了阳泉及其它矿区相似巷道支护难题，对促进巷道支护技术水平的提高，直接改善矿井生产和安全条件，具有重要意义。

Research on Restoring and Reinforcement Technology of No.470 Horizontal Southside Roadway in No.2Guoyang Mine

YAO Jian-xin
(Guoyang No.2 Mine,Yangquan Coal Group,Yangquan Shanxi045000)

For the contraction deformation and failure of No.470 horizontal southside roadway,a united support with grouting and U-shaped yieldable steel frame is adopted.Anchors or cables are used to reinforce the support in key parts.The technology solves problems and has good results in practice.

roadway restoring;grouting reinforcement;No.2 Guoyang Mine

TD265.4

A

1672-5050（2011）03-0060-03

2010-10-12

姚建新（1963—），男，河北涿州人，副矿长，工程师，从事煤矿生产技术及管理工作。

刘新光