松软底板巷道围岩控制研究

刘惠平

（山西焦煤集团公司 安监局，山西 太原 030024）

深井巷道底鼓的有效控制成为围岩稳定性研究的重要问题之一[1]。何满朝等[2]提出锚网索耦合支护技术控制底鼓的力学作用机制。刘泉声等[3]经对高地应力破碎软岩巷道底鼓的变形破坏特性分析，提出以底板超挖、高强度预应力锚索、深孔注浆、底脚、拱角锚杆和回填为技术支撑的综合治理对策。谢广祥等[4]采用“超挖锚注回填技术”新方法有效改善了巷道底板围岩力学性质和力学状态。本文以某矿受掘进扰动影响的巷道为例，针对巷道开挖后出现的顶板下沉量大、两帮变形、底鼓突出等问题，经对底板开卸压槽和灌浆方法，有效控制了巷道围岩变形，效果较好。

1 工程背景

某矿巷道地表标高+120～+180 m，巷道标高-380～-420m，埋深500～600m，平均550m。该巷道煤层倾角10°左右，平均煤厚2.12 m，单轴抗压强度11.2 MPa。直接顶为粉砂岩，深灰色，平均厚5.25 m，单轴抗压强度79.5MPa。基本顶为砂岩及细砂岩，平均厚19.5 m，单轴抗压强度为65.7MPa。直接底为灰黑色泥岩，平均厚2.31m，单轴抗压强度为19.8MPa。老底为火成岩，暗黑色，平均厚2.56m，单轴抗压强度55.6MPa。

为了保证巷道正常，安全生产，结合巷道围岩节理发育情况，运用FLAC3D模拟软件对宽5 000 mm×高2 310 mm的巷道围岩顶底板和两帮位移进行研究，提出对底板切卸压槽和灌浆方法控制底鼓突出，缓解顶板和两帮的压力，并经现场应用证明了该方法的合理性。

2 巷道原支护条件下数值模拟分析

2.1 计算模型建立

通过FLAC3D有限差分软件建立试验模型，采用摩尔-库仑准则判断岩体的破坏，模型长54 m，高31.74 m，巷道模拟三维模型。模型中，煤岩层呈水平状态，假设煤岩体分层均质各向同性，考虑地质构造影响，在煤层走向和倾向取垂直应力的1.2倍，各单元的自重也予考虑。约束水平位移仅在模型的前、后、左、右四侧，底部约束水平和垂直位移顶部距地表高度475.25 m的岩层厚度通过在模型上加均布载荷代替，根据模型设计手册里2.5 MPa/100 m，实际加在模型上的压力11.88 MPa，巷道径向水平应力取14.256 MPa。通过巷道顶底板岩性经过换算确定的煤及各岩层物理力学参数，如表1所示。

表1 煤及各岩层物理力学参数

2.2 巷道原支护参数设计

1）两帮支护：巷道两侧锚杆采用φ 22mm左旋无纵筋螺纹钢筋，长度1800mm。树脂加长锚固，采用两支锚固剂（一支K2335，一支Z2360），采用金属网护帮。锚杆排距1000mm，每排2根锚杆，间距1000mm。

2）顶板支护：锚杆采用φ22 mm的左旋无纵筋螺纹钢，长度1800mm。脂加长锚固，采用两支锚固剂（一支K2335，两支Z2360），采用金属网护顶。锚杆排距1000mm，每排5根锚杆，间距1000mm。锚索采用直径为22 mm的单根钢绞线，长度7 000 mm。加长锚固，采用三支锚固剂，一支规格为K2335，两支Z2360。锚索间距2000mm，每排2根锚索。

2.3 模拟结果分析

图1 围岩垂直位移分布图

图1为巷道原支护情况下的围岩垂直位移分布图，顶底板移近量最大165.4 mm，其中顶板下沉量和底鼓量最大值分别为66.7mm和97.7mm。据此，原支护对巷道顶底板变形不能起到很好控制作用，要用卸压方式使其巷道稳定。

3 巷道围岩开槽灌浆卸压方式

3.1 巷道底板开卸压槽施工工艺

底板卸压槽在开挖巷道30 d后施工，施工采用放松动炮和人工辅助开挖，因为卸压槽较深，采用两次爆破。首次爆破时，布置双排眼，眼深不低于700mm，炮眼个数不大于20个，最小抵抗线大于300 mm，装药量小于0.125 kg/眼，封泥长度满眼封实，采用连续正向装药结构。首次爆破后，将爆破的矸石从槽里清理出去，保证卸压槽的深度不低于500mm。卸压槽内如有积水,务必使用气动隔膜泵将槽内的积水排出，然后再打眼，进行第二次爆破。第二次爆破布置单排眼，眼深不低于600 mm，炮眼个数不大于20个，最小抵抗线大于300 mm，装药量小于0.125kg/眼，封泥长度满眼封实，采用连续正向装药结构。第二次爆破后，开挖出宽大约500 mm，深大约1 000 mm的卸压槽，开挖好的卸压槽上面采用10mm厚的钢板或20mm厚的木板盖严，防止工作人员或物品掉入，待卸压完毕巷道围岩基本稳定后，再用水泥注浆回填封闭卸压槽。

3.2 现场监测结果分析

现场实测的原支护下的围岩表面位移曲线，见图2。开槽卸压后的围岩表面位移曲线，见图3。开槽灌浆卸压后的围岩表面位移曲线，见图4。

图2 原支护条件下围岩表面位移曲线

图3 开槽后围岩表面位移曲线

图4 开槽灌浆卸压后围岩表面位移曲线

由图2，巷道底板开槽初期，两帮和顶底板变形较快。揭露25 d后，围岩变形速度明显减慢，围岩表面位移逐渐趋于稳定，顶底板移近量最大165.4 mm，两帮移近量最大155.9 mm，顶底板和两帮的变形不能得到很好的控制。

由图3知，巷道底板开槽初期，两帮和顶底板变形较快。揭露25 d后，围岩变形速度明显减慢，围岩表面位移逐渐趋于稳定，顶底板移近量最大119.1 mm，两帮移近量最大105.9 mm，顶底板和两帮的变形比起原支护得到一定控制。

由图4知，巷道底板灌浆卸压初期，两帮和顶底板变形较快。揭露25 d后，围岩变形速度明显减慢，围岩表面位移逐渐趋于稳定，顶底板移近量最大99.1 mm，两帮移近量最大85.9 mm，顶底板和两帮的变形得到很好控制，充分发挥了围岩的自承载能力，此时巷道围岩较稳定，能够满足安全生产。

4 结论

1）针对巷道工程背景采用数值模拟分析原支护下顶底板的位移量，结果表明：原支护不能很好控制顶底板变形，决定采用对底板切槽卸压的方法对巷道围岩进行有效控制。2）现场实测巷道原支护下顶底板和两帮位移很大，给安全生产造成一定威胁；开槽后顶底板和两帮位移得到一定控制，效果欠佳；通过对开过的槽实施水泥注浆后，巷道顶底板和两帮位移有较大收敛，实践表明切槽注浆卸压方法对巷道系统起到较好控制。3）切槽注浆方法对于原支护不太理想的情况，可有效控制底臌、两帮、顶板的收敛状况，减小巷道屈服破坏区，从而改善围岩应力状态。

[1]惠功领,宋锦虎.高应力复合顶板巷道卸压让压耦合支护技术[J].西安科技大学报，2010(4)：412-416.

[2]何满潮,张国锋,王桂莲,等.深部煤巷底臌控制机制及应用研究[J].岩石力学与工程学报,2009(S1):2593-2598.

[3]刘泉声,肖虎,卢兴利,等.高地应力破碎软岩巷道底臌特性及综合控制对策研究[J].岩土力学，2012(6):1703-1710.

[4]谢广祥,常聚才.超挖锚注回填控制深部巷道底臌研究[J].煤炭学报,2010(8):1242-1246.