破碎围岩巷道加固技术研究

李鹏飞

【摘 要】 文章以某矿5202破碎围岩巷为研究对象，分析了巷道采用锚网索的原支护方式不能保证巷道的整体性和稳定性，需要对原支护方式进行优化，并提出了采用锚索梁+全断面注浆方式来加固巷道顶底板及两帮，并设计了支护参数。通过监测巷道围岩变形量以及锚索受力情况对巷道围岩加固效果进行监测。监测结果可知，巷道顶板下沉量、两帮移近量、底鼓量为74mm、310mm、267mm分别比加固前减少了58.9%、68.2%、65.8%，加固取得了良好的效果。

【关键词】 破碎围岩;锚索梁;注浆;围岩变形

【中图分类号】 TD323 【文献标识码】 A

【文章编号】 2096-4102（2019）03-0020-03 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

近年来，我国多数矿井面临开采深度大、地质条件复杂的开采环境，巷道围岩在垂直应力、水平应力、构造应力等共同作用下，极易发生变形破坏。特别是巷道掘进过程中遇到破碎带，传统的支护方式已经不能满足巷道的整体稳定，巷道可能出现冒顶、片帮、底鼓等现象，影响矿井的安全生产。国内外众多学者对破碎巷道加固技术的研究，取得了一定的成果，如锚网索耦合加固技术、锚柱支护加固技术、锚喷支护加固技术等。虽然这些成果在一些矿区运用取得了良好的效果，但是由于不同矿井地质条件的差别，需要根据矿井的地质条件对破碎巷道的加固技术进行更深入的研究。因此，研究破碎巷道围岩加固技术，能够提高破碎巷道围岩支护强度，对破碎巷道的掘进效率以及矿井的安全生产具有重要的意义。

1 工作面概况

某矿5202巷位于-680m水平302盘区皮带巷以北，西部距2202巷道140m，北部为井田边界;东部为302盘区皮、回联巷，邻近巷道对该巷掘进没有影响。巷道埋藏深度在700m左右，顶、底板主要为泥岩和砂岩，岩层强度低，巷道围岩破碎严重。矿井主采煤层为3#煤层，平均倾角7°，煤层厚度平均6.4m。5202巷顶底板岩层性质如表1所示。

2 巷道原支护方式及变形状况

2.1巷道原支护方式

5202巷为3.8m×3.2m矩形断面，矿井原设计采用锚网索支护，如图1所示。

顶板施打5根高强左旋螺纹钢锚杆，锚杆规格Φ22mm×2400mm，间排距为800mm。两帮施打4根无纵筋右旋螺纹钢树脂锚杆，锚杆规格Φ22mm×2400mm，间排距为900mm。每根锚杆使用4支K2335树脂锚固剂锚固。锚杆托盘为150×150×10mm钢板压制，采用Φ6mm冷拔钢筋加工而成，规格2000mm×1000mm，网格为100mm×100mm，全断面敷挂。金属网与金属网之间搭接长度为100mm，每隔不超过300mm用双股14#铁丝连网一道，搭接部分应尽量用锚杆托盘压实。

断面顶板每排施打2根锚索加强支护，锚索规格为Φ18.9mm×8300mm，间排距为1600m、900m，锚索外露150mm～250mm。每根锚索用4支MSCK2850锚固剂锚固，锚索托盘为300mm×300mm×20mm钢板加工，每根锚索锚固端确保锚入硬岩深度1m以上。

2.2巷道变形状况

巷道掘进支护后，由于巷道掘进深度大，顶底板岩层强度低、稳定性差。随着时间的推移，巷道出现顶底板、两帮开始出现变形破坏。根据监测结果可知，顶板最大下沉量、两帮最大移近量、最大底鼓量分别180mm、976mm、780mm。当工作面回采后，受动压影响，巷道围岩的变形量会继续增大，如果不能及时进行修复，会影响到工作面的回采效率以及安全生产。因此，需要进一步优化支护方式，减小巷道围岩变形破坏。

3支護加固方案

3.1加固对策

根据经验可知，巷道两帮稳定性在巷道整体稳定性中是最重要的一环，两帮稳定能够减少顶底板的变形破坏程度。因此，对于破碎围岩巷道整体稳定性的提高，首先是加固巷道两帮。采用锚索梁的支护方式加固破碎围岩巷道两帮，采用帮角锚梁和底角锚杆的支护方式防止底板出现底鼓，采用锚索梁的方式增强顶板的强度，采用全断面注浆加固的方式修复破碎的围岩，从而增强巷道整体性和稳定性，避免巷道出现变形破坏。

3.2两帮加固

5202巷两帮采用锚索梁的支护方式加固两帮，靠近顶板帮部采用锚索配合槽钢支护，靠近底板帮部采用锚杆配合梯子梁支护。在距巷道顶板600mm和1600mm位置分别布置2套锚索梁，锚索角度分别为30°和-15°（向上为正向），其布置示意图如图2所示。其中槽钢长度为2.4m，在槽钢设置两个Φ1.8m中心孔布置锚索，锚索采用规格为Φ22mm×5300mm，排距为1800mm，每根锚索采用1支K2355和2支Z2355树脂锚固剂锚固。

在距离巷道底板500mm位置布置梯子梁，梯子梁长度为2.4m，在梯子梁设置三个Φ1.8m中心孔布置锚杆，角度为-30°，锚杆规格为Φ22mm×2400mm，间排距为900mm，每根锚杆采用2支Z2355树脂锚固剂锚固。其布置示意图如图2所示。

3.3顶底板加固

（1）顶板加固

5202巷顶板采用锚索梁加固的方式增强顶板抗变形能力。将原有巷道顶板每排打2根锚索的支护方式改为每排打3根锚索，从而提高巷道抗剪切变形能力，其支护布置示意图如图3所示。槽钢长度为2.4m，在槽钢设置三个Φ0.9m中心孔布置锚索，锚索采用规格为Φ22mm×8300mm，排距为900mm，每根锚索采用1支K2355和2支Z2355树脂锚固剂锚固。

（2）底板加固

5202巷底板采用帮角锚梁和底角锚杆的支护方式防止底板出现底鼓。在距巷道两帮300mm位置各布置与底板呈60°夹角的锚杆，规格为Φ22mm×2400mm，每根锚杆采用2支Z2355树脂锚固剂锚固，其底板加固示意图如图3所示。

3.4全断面注浆加固

巷道注浆加固能够有效提高围岩强度，增强巷道抗变形能力。为了加固5202巷破碎围岩稳定性，采用浅部注浆与深部注浆相结合的方式对巷道进行全断面注浆。注浆材料采用水泥、黄沙、石子配置而成，三者比例为1∶2∶2，水灰比为0.45∶1。分别在巷道顶板、两帮和底角采用浅部注浆与深部注浆交替进行。

浅部注浆与深部注浆参数各不相同，其中浅部注浆孔深为1.5m，深部注浆为3.2m;浅部注浆与深部注浆直径都为42mm，间排距都为1.2m×1.6m;浅部注浆锚杆规格为Φ25mm×500mm，深部注浆锚杆规格为Φ22mm×3000mm。在巷道靠近底角位置帮部和底板处，分别各布置1个深注浆孔和浅注浆孔，布置角度与巷道底板呈30°夹角。

4加固效果检验

巷道原支护方式进行优化后，通过监测巷道围岩变形量以及锚索受力情况对5202巷围岩加固效果进行监测，监测结果如图4所示。

由图4可知，0～20d，巷道围岩变形量和锚索受力变化小;20～80d，受工作面回采动压的影响，巷道围岩变形量和锚索受力逐渐增大;100d以后，加固技术对巷道围岩整体稳定性的效果逐渐体现，注浆加固技术保证了破碎围岩的整体性，锚索受力处于合理的区间内，支护效果明显。在巷道原锚网支护方式下，补强锚索支护后，提高和巷道围岩抗变形能力，巷道围岩变形量减小。

由图4中巷道围岩变形量监测结果可知，5202巷优化原支护方式后，巷道顶板最大下沉量为74mm，相比加固前减少了58.9%;两帮最大移近量为310mm，相比加固前减少了68.2%;最大底鼓量为267mm，相比加固前减少了65.8%。根据监测结果可知，加固技术有效地提高了巷道整体强度，减小了巷道围岩变形破坏，保证了巷道的稳定性，对矿井的安全生产具有重要的意义。

5结论

（1）以某矿5202巷为研究对象，分析了巷道原支护方式以及支护后变形状况，采用原支护方式顶板最大下沉量、两帮最大移近量、最大底鼓量分别180mm、976mm、780mm。

（2）对巷道原有支护形式进行优化，采用锚索梁的支护方式加固破碎围岩巷道两帮，采用帮角锚梁和底角锚杆的支护方式防止底板出现底鼓，采用锚索梁的方式增强顶板的强度，采用全断面注浆加固的方式修复破碎的围岩，并分别设计了支护参数。

（3）通过监测巷道围岩变形量以及锚索受力情况对巷道围岩加固效果进行监测，从监测结果可知，巷道顶板最大下沉量、两帮最大移近量、最大底鼓量分别比加固前减少了58.9%、68.2%、65.8%，根据监测结果可知，加固取得了良好的效果。

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