矿井深部软岩层巷道支护技术的研究与应用

康来坡　吕品

摘 要：目前在众多煤矿的深井巷道支护中，锚杆破断甚至支护体系失效等问题日渐突出。因此，需进一步明确煤矿深部软岩巷道围岩变形破坏及支护机理，对支护材料和技术进行改进和创新，提出行之有效的支护对策与方法，最终形成适用的深部软岩巷道支护体系。

关键词：软岩巷道；支护技术；研究应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.121

1 工程概况

西翼行人下山位于彭庄煤矿西翼采区，总设计长度共计约1129m（平距），巷道坡度为-7°，该巷道掘进目的是满足西翼采区生产期间的行人及通风、供风、供排水等要求。

西翼行人下山设计断面为半圆拱型，净宽3600mm，净高3400mm，墙净高1600mm，荒宽3840mm，荒高3620mm，墙高1700mm，锚网喷联合支护，喷射混凝土厚度120mm，S掘=11.75m2，S净=10.85m2，水沟布置在巷道前进方向左帮，净断面规格：宽×深=300×300mm。

2 工程地质条件

2.1 地质构造

西翼行人下山掘進区域主要发育有北东向、近南北向和北西向断层三组。掘进期间需穿越F10、F9、F21支1、F21支2等构造5条，受断层切割破坏，处于断层破碎带的巷道围岩成不规则的弱面结构，破坏了围岩的整体性和连续性，降低了围岩本身的承载强度。

2.2 水文地质

西翼行人下山在3下煤底部掘进，掘进期间受新生界松散含水层、二叠系石盒子组砂岩裂隙含水层、山西组3煤层顶底板砂岩裂隙含水层的影响，巷道正常涌水量为167m3/h，最大用水量为334.28m3/h。

3 软岩支护要求

根据岩石力学试验研究，任何岩石在三向应力状态下的强度高于两向应力状态或单向应力状态下的强度。改善和恢复应力状态的措施越及时，围岩破裂扩展的程度越轻，围岩的完整性保持得越好，变形越小，围岩越稳定。为实现上述要求，除巷道开挖后及时安装锚杆外，就是在安装锚杆时给锚杆施加足够大的预紧力，由于预紧力的存在，消除了锚杆的初始滑移量，能阻挡围岩开裂、滑动和弱化，锚固范围内围岩得到强化，能进一步阻止锚固范围外塑性区的扩展。因此，预紧力越大，塑性区的发展越缓慢，范围越小，围岩越稳定。

4 西翼行人下山支护方案

4.1 初喷

爆破作业完毕，找掉活矸和达到荒断面设计后，立即对围岩进行初喷，初喷厚度为20～40mm，以达到封闭围岩、找平凹凸面的目的。初喷采用C20混凝土。

4.2 初次锚网梯喷支护

（1）锚杆。①全断面采用φ20×2300mm高强预应力左旋无纵筋螺纹钢上丝锚杆（去掉让压环）；②锚杆间排距为1000×1000mm；每根锚杆采用2块MSK2350型树脂锚固剂锚固；锚杆抗拔力不小于250kN，两帮底角锚杆呈30°下扎。③锚杆托盘为球形，规格为长×宽×厚=150×150×8mm，高强板材冲制而成。

（2）钢筋梯：钢筋梯采用14#钢筋焊制而成。钢筋梯垂直于巷道走向布置，间距1000×1000mm，钢筋梯搭接100mm。

（3）金属网：采用8#铁丝编制而成的经纬网，网格尺寸为100×100mm，单片网格规为4800×1200mm，网片搭接100mm，并用双股14#铁丝拧紧，扣距300mm。

（4）喷浆：锚网完毕后实施第二次喷浆，厚度为20～30mm，以半覆盖经纬网为宜。二次喷浆有效保护初次支护的锚杆和金属网，避免爆破作业对其产生震动卸荷影响。

4.3 二次耦合支护

（1）位置：距离迎头30～40m的位置。若初次支护段巷道原锚喷皮子出现鳞、片状剥落现象出现时，观测巷道锚喷层裂缝宽度达到1～3mm，即进入耦合支护的时间；根据巷道表面位移观测，各点变形量达到设计余量的60%时，即进入二次耦合支护的时间。

（2）锚杆：采用φ20×2300mm高强预应力左旋无纵筋螺纹钢上丝锚杆（去掉让压环），间排距为1000×1000mm，二次支护锚杆与初次支护的锚杆呈“五花”布置。两帮底角锚杆呈30°下扎。每根锚杆采用2块MSK2350型树脂锚固剂锚固。托板用金属托板，规格同上。

（3）金属网：采用6mm冷拔钢筋焊接而成的经纬网，网格尺寸为100×100mm，单片网规格为2200×1200。网片搭接100mm，并用双股14#铁丝拧紧，扣距300mm。

（4）锚索：①锚索选用直径17.8mm的钢绞线，长度6m，布置在初次支护两排锚杆中间，每根锚索采用3块MSK2350型树脂锚固剂锚固；②因巷道右侧肩窝处变形、破坏较大，所以由巷道中心线为基准不均衡布置：左侧布置在距离巷道中心线1.5m处，右侧第1根距离巷道中心线1.5m，第2根距离第1根1m处，锚索排距均为2m；③相邻锚索之间用12#普通工字钢作为锚索梁。锚索梁长度为2200mm，锚索梁“交错迈步”前进。

（5）终喷：喷射混凝土材料及配比同上，复喷厚度40～50mm。

（6）底板加固：采用14#槽钢作为反底拱梁配合普通20×2200mm的螺纹钢锚杆加固，底板挖空部分用C20混凝土浇筑。

5 效益分析及结论

掘进迎头实现一次支护后，可进行打眼，同时进行二次耦合支护、喷浆作业。这样充分的利用了空间，实现了多工序的平行作业，加快了巷道的施工进度，能有效地缓解采掘关系紧张的局面，增加巷道的服务年限，取得了良好的经济效益。