高应力软岩巷道的加固技术

董昌伟，孟祥阁

(1.安徽卧龙湖煤矿有限责任公司， 安徽淮北市 235157;2.中国矿业大学矿业工程学院， 江苏徐州市 221008)

高应力软岩巷道的加固技术

董昌伟1，孟祥阁2

(1.安徽卧龙湖煤矿有限责任公司， 安徽淮北市 235157;2.中国矿业大学矿业工程学院， 江苏徐州市 221008)

卧龙湖煤矿－480南翼回风巷道围岩以泥岩为主，此类泥质岩体不仅强度偏低，而且对应力扰动和环境变化非常敏感。针对卧龙湖煤矿此类巷道的变形和破坏原因，设计出－480南翼回风巷结构稳定型加固支护方案。采用新加固方案后，巷道围岩得到了有效控制。

高应力软岩巷道;锚网支护;预应力锚索;钢筋梯子梁

卧龙湖煤矿设计年产量90万t，井田位于徐宿弧形构造的西缘、丰涡断裂的东侧和赵庄背斜的北翼。井田南部表现为北东倾向的单斜构造;北部表现为短轴状的张大庄背斜和孟庄向斜组成的褶曲构造。卧龙湖煤矿由于煤层埋藏深，矿井地质条件复杂，地压较大，巷道围岩呈现出高应力软岩的特点。结合该矿的地质条件，设计了结构稳定型加固方案，并取得较好的支护效果。

1 巷道地质条件

如图1所示，－480南翼回风巷位于H35～H39测点之间。由图1可见，该段巷道围岩赋存较为稳定，巷道拱部围岩为泥岩，中部为厚度1.1 m的砂质泥岩，底部为泥岩。

图1－480南翼回风巷地质素描

根据南翼回风巷道围岩以泥岩为主，此类泥质岩体不仅强度偏低，而且对应力扰动和环境变化非常敏感。尽管目前该段巷道不受周边工作面采动影响，但后期1011工作面开采对－480南翼回风巷的采动影响较大。

2 巷道失稳破坏原因分析

结合卧龙湖煤矿南一采区实际地质条件，通过分析，认为其锚网支护方案存在以下主要问题。

(1)锚网支护整体强度偏低。南一采区开拓巷道支护选用Φ20×2000 mm的高强螺纹钢锚杆和钢丝网，一次支护并未配合使用钢筋梯子梁或整体钢带。因此，锚网支护承载能力整体偏低。

(2)锚网支护结构稳定性较差。锚网支护实质是在巷道围岩浅部形成具有一定承载能力的稳定承载结构，从而控制巷道围岩的强烈变形［1］。理论分析结果表明，在结构承载能力方面顶部拱结构远高于两帮梁结构，而其实际承载过程中顶部拱结构的承载能力受两帮梁结构的制约，一旦两帮梁结构产生破坏，顶部拱结构的承载能力随之急剧下降［2，3］。

(3)底板未采取支护措施。在高应力软岩巷道中，强烈底臌是主要的变形特征之一［4］，卧龙湖煤矿南翼开拓巷道底臌严重，局部地段巷道顶底板移近量高达1.0 m以上，不得不多次进行卧底。一方面造成巷道围岩松动圈发育范围进一步扩大;另一方面卧底进一步降低了巷道支护承载结构基础的稳定性［5］。

3 －480南翼回风巷结构稳定型加固方案

作为矿井南一采区通风的咽喉通道，－480南翼回风巷服务年限较长，巷道使用断面要求高，针对南翼回风巷围岩体强度较低，后期还将经受临近1011工作面采动影响的情况，从提高巷道支护强度、结构稳定性和合理降低支护成本角度出发，提出了－480南翼回风巷结构稳定型支护方案。

－480南翼回风巷要求扩巷后毛断面尺寸为4.3 m×3.75 m，按要求扩巷后，采用高强锚网支护，并对锚网支护承载结构进行结构补偿。

(1)锚网支护的锚杆选用Φ22×3000 mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间排距为800 mm×800 mm，两帮底角锚杆向下扎角15°，辅助控制巷道底臌，锚杆预紧力矩应不小于300 N.m。具体锚网支护参数如图2所示。

图2 锚网支护断面

(2)采用电阻焊技术加工的自连网，焊接过程中对钢筋强度损失小，焊点强度高，而且金属网搭接部位连接牢靠。并且沿巷道径向布置钢筋梯子梁，进一步提高护表效果和发挥锚网支护中锚杆的整体支护效果。

(3)为提高锚网支护承载结构的结构稳定性，采用小孔径高强预应力锚索实施结构补偿，如图3所示，补偿断面A和断面B交替布置。结构补偿锚索规格为Φ17.8×6500 mm，锚索排距1.6 m。结构补偿锚索具体布置方式见图3、图4。

图3 结构补偿锚索布置

图4 支护方案侧视

(4)锚杆托盘采用150 mm×150 mm×10 mm鼓形托盘，锚索托盘采用18#槽钢加工。

为进一步优化支护设计参数，施工过后即对巷道进行了矿压监测。采用结构稳定型加固方案后，－480南翼回风巷支护状况有了明显改善，巷道加固半年后，两帮最大移进量22 mm，顶板最大下沉量11 mm，底板最大底臌量31 mm。

4 结论

(1)支护方案要结合高应力软岩巷道自身的采矿、地质条件，在详细分析巷道失稳破坏机理后才可进行设计。

(2)对于高应力软岩巷道，单纯采用某一种支护方式，往往不能有效控制巷道的强烈变形。

(3)采用高预应力锚索对锚网支护基本结构进行结构补偿，提高高应力软岩巷道围岩整体的承载性能，充分发挥锚杆、锚索及护表构件的优势，最终实现了巷道的结构稳定性。

［1］ 荆升国.高应力破碎软岩巷道棚－索协同支护围岩控制机理研究［D］.徐州:中国矿业大学，2009.

［2］ 张连福，谢文兵.深井大断面软岩硐室高强稳定型支护技术研究［J］.山东科技大学学报，2010，29(5):32－38.

［3］ 靖洪文，李元海，赵保太，等.软岩工程支护理论与技术［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2008.

［4］ 汤建泉，张保童.柳海矿软岩巷道支护对策及矿压规律研究［J］.煤炭工程，2010，(10):34－36.

［5］ 马江军，赵延峰，齐朋友.深井高地压软岩巷道刚柔耦合支护技术研究［J］.山东煤炭科技，2010，(4):117－118.

2011－03－18)

董昌伟(1962－)，男，高级工程师，从事矿业工程的研究。