深部破碎巷道支护工艺的探索与研究

张亚楠 王姗姗

摘要：本文结合鹤煤八矿的实际情况和3004岩中巷的工程地质条件，对深部破碎巷道支护工艺进行了全面探索与研究。

关键词：二次支护 深部围岩 锚索锚注 耦合加固

随着浅部资源的逐渐减少和枯竭，地下开采的深度越来越大。现阶段，国内煤矿采深以8～12m/a的速度增加，预计未来二十年，开采深度将达到八百到一千米。国内几大矿区目前陆续实现了深部开采，在浅部属于硬岩的岩层，深部为软岩岩层，巷道围岩的稳定差，井下作业人员的人身安全得不到保障。

目前，国内矿井软岩巷道支护常因软岩的力学特性复杂且难以掌握而问题百出，矿产单位也因此蒙受了巨大的经济损失。其中，很多巷道受多种复杂高应力的影响而出现持续的变形破坏，软岩的复杂性使矿产单位很难全面地掌握变形成因，所采取的补救措施不具有实效性。随着地应力增大，地质条件越来越复杂，深部巷道支护条件也越来越苛刻。围岩变形情况已超出了单一支护或联合支护的可控范围，变形严重的巷道即使反复支护维修也无济于事，给矿井的安全生产造成严重影响。本文结合鹤煤八矿3004岩中巷的工程地质条件进行探索和研究。

1 工作面概况

鹤煤八矿3004岩中巷位于八矿三水平中央采区，是为3004工作面服务的一条岩中巷，其位于矿井深部，煤层底板标高为：457m～535m，地面标高为：136m，埋深：539m～671m。在高围岩应力的影响下，此巷道变形十分严重，特别是3004工作面下顺槽出煤横川口向北50m，由于受3004工作面的采动影响，是反复维修的一段施工巷道。3004工作面由北向南推进，现阶段下安全口距出煤横川口只有70m，上覆岩层受采动影响，在高围岩应力的作用下，巷道变形严重，维修困难。

3004工作面位于三水平中央采区工作面，煤层为二叠系山西组二1煤层，工作面走向长200m，倾斜平均长125m，煤层倾角为28°，二1煤层走向NE转向NW，倾向SE转向NE，工作面开采煤层为二叠系山西组二1煤层，层位稳定。伪顶为砂质泥岩，厚度为0.3m，层状结构，较易脱落，局部为石英砂岩，坚硬；直接顶为泥岩，厚度为3.0m，深灰色，性脆，较致密，含植物化石碎片，具滑面。老顶为中粒砂岩，厚度2.6m，深灰色，中粒，以石英为主，层面含炭质及白云母碎片，具波状层理，裂隙充填方解石脉。直接底为泥岩，厚度1.25m，深灰色，含植物化石碎片。老底为细粒砂岩，厚度5.3m，深灰色，细粒，成分以石英为主，次为长石，含白云母碎片及泥质条带，层面含炭质，具交错层理，裂隙充填方解石脉。

2 支护方案

下图1为3004岩中巷断面示意图。巷道埋深665m。笔者综合分析了高应力软岩破坏机理，并开展了力学模型研究及数值研究计算。巷道一次支护设定为强力锚网喷，薄弱部位二次支护采用预应力注浆锚索锚注耦合增强的组合加固。

2.1 顶板两帮加固。加固顶板两帮宜采用直径124mm、间排距3m、长度顶部为3×7000，拱脚2×5000的锚索。按照强度要求选择合适的锚具，锚固形式为树脂锚固与注浆锚固，锚固长1m。其他部位的锚固形式为锚索专用水泥浆全长锚固。钻孔时，孔口与孔内的直径分别为42mm、32mm。托板所用12#槽钢长约0.7m，钢板规格为120mm×100mm×10mm。顶肩部辅以轴向方向布设的钢筋梯，拱脚铺设全断面的槽钢。采用6～8根长150mm～220mm、Φ15mm排距3m的注浆锚杆加固顶板两帮，以提高顶板强度。

2.2 底脚加固。在两底脚分别布设一根直径22×3000的高强锚杆和直径15×3000的注浆锚杆共同加固补强，两锚杆间隔布置，排距1m，呈45°水平夹角。

3 施工工艺

3.1 施工设备

3.2 修复巷道施工工艺。清理剥离危石，按规定尺寸刷大断面→初喷7cm厚混凝土找平→装设预应力锚索、底脚高强锚杆→复喷8cm混凝土→钻孔→装设注浆锚杆→注浆（一次注浆压力2Mpa，不良部位注浆压力2.5MPa）→浓浆复注（二次注浆压力为2～3Mpa）。

3.3 技术参数。一次注浆与二次注浆所用注浆泵分别为双液气动注浆泵和单液气动注浆泵。注浆时，可在浆体中掺入适量的早强剂、悬浮剂、防析水，确保浆体早期强度达到设计要求，避免围岩固注浆引起变形。注浆时采用600#普通硅酸盐水泥，水灰比设定为0.7～1.0。渗浆部位加入水玻璃双液注浆封堵。

4 技术要求

4.1 注浆工艺技术要求严格，所有操作工人一律持证上岗，且必须经过严格的岗前培训，熟悉注浆工艺流程。

4.2 注浆前先检查机械设备和操作人员是否到位，注浆设备试运行，检查其运行状态是否正常。如发现机械故障，应立即上报上级主管，力求在开工前解决问题，确保注浆时一次成型。

4.3 仔细检查注浆的管路系统，及时更换老化、破损的零部件。如果接头、阀门的质量达不到设计要求，注浆时很可能在高压的作用下发生脱扣等故障。

4.4 注浆后，彻底接通洞外的管路用清水试压。试压过程中及时排除接头漏水或管路不通等故障，以免注浆时因管路元件故障影响注浆质量。

4.5 注浆过程中，如果管路和注浆泵内掺入碎渣等杂物，很容易造成注浆管堵塞，为避免这一问题产生，注浆前应彻底清理管路或注浆泵，以免设备内掺入杂物拖延注浆进度。

5 注意事项

①注浆所用水泥材料不宜掺杂杂物，且质量达标，不结块。拌和时混合料中不宜掺入碎纸等杂物，而且水玻璃也要干净无杂物。②为避免拌和过程中掺入杂物，拌和混合料前必须彻底清洗清水桶、储浆池和搅拌机，确保设备内无碎渣。③在注浆泵的吸浆管上加设过滤浆液的过滤设施（如笼头、过滤网）。④连接注浆管路的过程中，必须用清水冲洗注浆管，冲洗时接通管路，防止管路内存在废渣等杂物。⑤在注双液浆的过程中，正确的设备启动顺序是先开水泥浆泵，再开水玻璃泵，以确保管路通畅。注浆完成时，关停注浆设备的顺序与启动顺序反向操作。封孔、完成注浆后，必须在管路内余浆凝结前彻底冲洗管路，以免造成管路堵塞。⑥注浆时，指派专人彻底冲洗拆掉不用的阀门或接头，以便于下次使用。⑦注浆时，不定时地查看经混合器混合后液浆的凝胶时间，如凝胶时间与规定时间不符，尽快查明缘由，采取纠正措施，以免影响注浆效果。⑧注浆时应统一调度，前后配合，保证一次成型，确保注浆效果达到预期要求。⑨指派专职电工监督注浆过程，以及时解决电路或机电设备故障，以免因机电故障影响注浆进度。⑩注浆作业完毕后，所有机具设备，特别是搅拌机、注浆管、接头、阀门、储浆池等，都应认真清洗干净，收好以后，撤出洞外。还应及时进行检查保养，使其处于良好状态，以备下段注浆使用。

6 小结

6.1 采用巷道一次支护为强力锚网喷；二次支护为在不良部位采用预应力注浆锚索锚注耦合增强的组合加固，在变形区、冒落区等大面积冒落破坏区采用锚注加锚棚支护系统。

6.2 锚杆阻力一般在支护后的10天左右增长较快，然后增长较慢，在不良部位处锚杆受力大，其它部位受力较小，单靠锚杆支护很难控制围岩变形，所以，必须在不良部位施加锚索，锚注补强以重新达到平衡。

6.3 围岩的塑性圈厚度在2.0m～3.0m 范围内，采用长度为2.4～3.0m高强度树脂锚杆和注浆锚杆是合理的。

参考文献：

[1]何满潮.深部开采工程岩石力学的现状及其展望[J].科学出版社，2004.

[2]周宏伟，谢和平等.深部高地应力下岩石力学行为研究进展[J].力学进展，2005.

[3]刘高，聂德新等.高应力软岩巷道围岩变形破坏研究[J].岩石力学与工程学报，2000.

作者简介：张亚楠（1986-），男，河南浚县人，助理工程师，2010年毕业于河南理工大学，现从事采煤技术管理工作。