破碎岩体巷道加固技术研究

张宏庆

（山西潞安集团 潞宁煤业有限责任公司，山西 宁武 036706）

潞宁孟家窑煤业主斜井巷道，已服务7 a，按计划还要服务4～5 a，巷道原来主要采用木棚支护或砌碹支护，局部巷道围岩裸露、未支护，随着巷道服务年限的延长、周围巷道掘进及工作面回采影响，原有支护方式很难保证巷道安全。因此，要对主斜井巷道进行加固技术研究。

1 工程概况

主斜井长约300 m，坡度约12°，埋深约90～140 m，全岩巷道。主斜井与1620运输巷交叉点与2号煤层垂直距离约10 m，巷道采用木棚或者砌碹支护，巷道局部裸露。主斜井位置见图1。

图1 主斜井位置图主斜井位置图

根据孟家窑煤业提供的地质资料，矿区构造简单，主斜井掘进中没有遇到较大断层等构造，地应力测量显示，在1620运输巷距主斜井5 m处，最大水平主应力4.01 MPa，方向N 8.78°W；最小水平主应力为2.93MPa；垂直主应力3.7MPa。主斜井顶板主要为泥岩、砂质泥岩、细粒砂岩；底板主要为细粒砂岩，其中泥岩抗压强度为9.2～23.5 MPa，砂质泥岩自然抗压强度为18.1～24.6 MPa，细粒砂岩自然抗压强度为32.6～59.1 MPa。主斜井顶板围岩状况如表1所示。

表1 主斜井顶底板围岩状况

2 巷道顶板围岩状况分析

主斜井巷道已经服务7a，原来多采用木棚支护，支护强度低，对巷道变形情况不了解，要进行巷道加固技术研究。首先为弄清楚巷道的围岩状况，采用JL-IDOL2009v5.31智能钻孔电视窥视仪，分析顶板围岩结构状况，选取3个钻孔，分别距端头270 m、285m、390 m处。选1号钻孔0～5.4 m范围内顶板状况，见图2。图中1号钻孔窥视结果显示，0～0.45m范围内，出现了比较明显纵向裂隙；0.45～3.1 m范围内，顶板钻孔围岩较完整，基本没有裂隙里层；3.1～5.7 m范围内，顶板钻孔围岩节理较发育，节理、裂隙纵横交错，局部段围岩较破碎；5.7～10.6 m范围内，顶板钻孔围岩整体较好，局部有节理、裂隙，如7.55 m、8.2 m处。2号钻孔窥视结果显示，该处钻孔围岩整体较好，基本没有节理、离层、裂隙，顶板较完整，局部有节理。3号钻孔窥视结果显示：0～7.5m围岩整体较好，基本没有节理、离层、裂隙，顶板较完整；8～9.3m范围内，局部段围岩较破碎，如8.1～8.4m处。从主斜井整个钻孔窥视结果来看，巷道顶板围岩基本完整，基本没有离层，局部段有原生节理、裂隙。

图2 主斜井1号钻孔0～5.4 m顶板围岩状况

3 岩体锚固性能试验

为了保证主斜井支护效果，需在井下锚杆支护施工前，对岩体进行可锚性试验。为保证孟家窑巷道锚网支护技术实施的可行性和有效性，针对主斜井加固段围岩特征，结合钻孔窥视结果，进行了该类条件下围岩可锚性试验。主斜井270 m、290 m、350 m、390m。锚索材料为φ18.9mm，1×7股高强度低松弛预应力钢绞线，长度7300mm，极限破断拉力400 kN，延伸率4%，树脂加长锚固，三支药卷为一支K2335和两支Z2360。施工机具MQT120顶锚杆钻机，钻头φ28 mm双翼。检测机具为风动锚索张拉机具，最大量程320kN。锚索可锚性试验条件及结果，如表2所示。

表2 主斜井锚索可锚性试验结果

试验在加固段不同位置共选用了4根锚索，以锚索锚固力达250kN即具有可锚性，从整个试验结果来看，锚索的可锚率较高。由上分析及井下围岩可锚试验结果看，孟家窑主斜井适合采用锚网支护技术进行加固。

4 主斜井的加固方案

根据主斜井顶板窥视结果，依据岩体锚固性能试验结果，基于高预应力锚杆支护理论[1-2]，提出主斜井加固方案：主斜井断面呈半圆拱形，半径1.6 m，净宽度3.20m，高2.9m，净断面积8.28m2。

锚杆杆体为φ20左旋无纵筋螺纹钢筋，钢号335号，长度2400mm。锚索材料为φ18.9mm，1×7股高强度低松弛预应力钢绞线，长度7 300 mm，每两排锚杆打1根锚索，排距2 000 mm。锚索托盘采用300 mm×300 mm×16 mm高强度可调心托板及配套锁具。采用钢筋网护帮和顶，网孔规格80mm×80 mm，网片规格3500mm×1100mm，两个网片对接100mm。锚杆预紧扭矩≥300Nm，但禁止大于500Nm。锚索预应力不低于250kN。主斜井锚杆（索）支护断面布置，见图3。

图3 主斜井锚杆（索）支护断面图

5 主斜井的加固效果分析

为了有效评价主斜井加固效果，7605在150 m位置设置一个综合观测站，分别对巷道表面位移、顶板离层、以及锚杆、锚索受力进行监测。

图4 主斜井表面位移变化曲线

主斜井表面位移变化曲线见图4，主斜井右帮、左帮、顶板下沉量分别为10 mm、17 mm、9 mm，从开挖到初期稳定，历时较短，巷道变形量小，两帮和顶板变形量增幅也很小，巷道稳定。

图5 主斜井锚杆受力变化曲线

锚杆受力观测曲线见图5，从图看出，巷道开挖初期，锚杆受力变化较小，受力增幅小，最终锚杆受力稳定。两帮受力大，顶板受力均衡。左帮锚杆受力20.56 kN，顶部锚杆受力35.06 kN，右帮锚杆受力134.8 kN，顶板锚索受力为191.40 kN和200.68kN。

由上分析可知，锚杆（索）最终受力和增幅都很小，锚杆（索）受力变化与巷道变形趋势基本一致，锚杆（索）受力稳定周期短，巷道稳定。

6 结束语

①分析主斜井具体工程环境，采用钻孔窥视进行不同位置顶板，结合钻孔窥视整体结果，进行岩体锚固性能试验，试验结果表明，主斜井可采用锚网索进行加固。②依据巷道岩体锚固性能试验结果，基于高预应力锚杆支护理论，提出采用锚网（索）支护技术进行加固，并确定了加固方案。③井下矿压监测结果表明，文中设计的加固方案有效控制了围岩变形，提高了围岩的稳定性，保证了巷道正常使用，是一种安全、有效的加固方式。

[1]康红普，王金华.煤巷锚杆支护理论与成套技术[M].北京:煤炭工业出版社，2007.

[2]康红普，姜铁明，高富强.预应力在锚杆支护中的作用[J].煤炭学报，2007，32(7):673-678.