三软岩层巷道支护加固技术实践探析

摘要：针对晋煤赵庄煤矿西翼南辅运大巷在掘进期间局部应力积聚、顶板破碎程度严重、底鼓显著等现象，提出通过对巷道预留变形量+分层掘进支护+锚网喷初次支护+高预应力锚索二次支护+二次注浆加固+底角锚注加强支护+复注加强支护技术工艺，该工艺能有效抑制三软岩层巷道围岩变形程度，提高巷道整体稳定性，确保掘进施工的安全性。

关键词：三软岩层;底鼓;顶板破碎;注浆加固

一、工作面概况

晋煤赵庄煤矿位于山西省高平市境内，区域批复全井田可采煤层为3#煤层，矿井核定生产能力为6Mt/a，区域地质构造复杂，煤质松软破碎，属典型三软岩层巷道，西翼南辅巷为井田辅运大巷，主要承担行人、进料等辅助任务，巷道设计断面为矩形，掘进断面尺寸为4800mm×4400mm，巷道在掘进过程中，遇复杂地质构造，顶板破碎垮落程度严重，巷道两帮内挤错动，底鼓显著，顶底板最大移进量高达1200mm，给支护造成了较大困难。为保证巷道掘进期间围岩稳定性，确保掘进安全施工，针对西翼南辅运大巷所处围岩条件以及掘进工艺，提出通过预留变形量+分层掘进支护+锚网喷初次支护+高预应力锚索二次支护+低压浅孔充填加固+底角锚注加强支护+高压深孔渗透加固技术方案控制围岩变形程度，以提高三软岩层巷道的稳定性。

二、三软巷道支护方案

（一）预留变形量

巷道掘进期间，受到高构应力、采动应力以及顶板上覆岩层自重应力等多重影响，局部应力积聚，围岩变形程度较大，因此，在巷道掘进过程中，应预留出一定的变形量，使巷道积聚应力得到有效的释放，将支承压力转移至深部围岩，确保围岩稳定性。西翼南辅运大巷设计掘进断面尺寸为4800mm×4400mm，考虑到三软巷道大变形情况，拟对巷道进行扩刷，即在巷道两帮各预留200mm的围岩变形量，在巷道顶板预留100mm的围岩变形量，为保证巷道整体稳定性，后期需对巷道喷浆加固，封闭混凝土的厚度为100mm，底板结构厚度为200mm，经重新规划设计后的西翼南辅运大巷巷道设计施工断面尺寸为5400 mm×4800 mm。

（二）分层掘进支护

西翼南辅运大巷巷道底板为泥岩，强度较低，遇水软化易发生流变现象，是造成巷道底鼓、底角发生严重内挤的重要因素，西翼南辅运大巷掘进期间，底板积水程度较高，加之施工设备对底板的碾压，造成巷道底板支承强度下降，底鼓严重，针对此类情况，拟预先对巷道进行上分层的掘进与支护，滯后800mm后再对巷道进行下分层的掘进与支护，以保证巷道围岩的稳定性。

（三）锚网喷初次支护

巷道掘进成形后，需进行锚网喷初次支护以加固巷道，确保围岩稳定。高预应力锚杆能将巷道顶板松软破碎区域悬固在上覆坚硬围岩体中，形成稳定的组合梁结构，降低顶板变形情况，实现围岩的整体变形[1];对巷道表面喷注混凝土能够封堵围岩体裂隙，阻止瓦斯等有害气体涌出，隔绝空气、水体与围岩的直接接触，降低围岩的风化与剥落现象，维持围岩的强度与承载性能[2];在巷道顶板及两帮铺设金属网能够有效抵抗破碎围岩体的碎胀压力，防止破碎岩块的垮落，从整体上增强锚杆的支护效果。

西翼南辅运大巷锚网喷的参数选型分述如下：

高预应力锚杆选用规格为Φ22 mm×2400 mm的高性能螺纹钢锚杆，锚杆杆体质材为高强度左旋无纵筋螺纹钢筋，杆尾螺纹为M22，钢号为BHRB500，各锚杆间排距为800 mm×800 mm，锚固剂选用中速2360型和快速2335型树脂药卷，锚固长度≧800mm，锚固力≧150KN，预紧力≧400N·m，托盘选型规格为150 mm×150 mm×8 mm的高强度托盘。

巷道铺设金属网片选用规格为2800 mm×1100 mm，网格规格为100 mm×100 mm，网片之间通过勾接相连，勾接长度为100mm。

钢筋托梁选用规格为4100 mm×80 mm，钢筋直径为14mm，相邻钢筋托梁通过锚杆紧压，为方便锚杆的安设，需在锚杆打设处焊接纵筋，各纵筋的间距为100mm。

混凝土喷射的强度等级为C30，厚度为100mm，配合比1：2：2，在混凝土中掺3%～5 %速凝剂以确保混凝土成型速度，为便于后期对巷道进行复注加固，需确保注浆锚杆孔口外露长度≧30 mm。西翼南辅运大巷锚网喷初次支护结构示意如图1所示。

（四）高预应力锚索二次支护

西翼南辅运大巷进行锚网喷初次支护加固后，开始进行高预应力锚索二次支护，锚索选用高强度低松弛预应力钢绞线制成的Φ22 mm×8400 mm或Φ22 mm×5400 mm的拉压分散型预应力锚索，极限承载力为600KN，伸长率为6%，其中，巷道顶锚索选用规格为Φ22 mm×8400 mm，锚索预紧力≧120KN，巷道帮锚索选用规格为Φ22 mm×5400 mm，锚索预紧力≧80KN，各锚索的间排距为间排距为1600 mm×1600 mm，巷道断面预应力锚索支护布置示意如图2所示。

（五）二次注浆加固

对巷道进行锚网喷初次支护与高预应力锚索二次支护后，通过注浆管路对巷道破碎围岩区域进行二次注浆加固，一方面，可以将巷道深部破碎岩体胶结成稳定的整体，提高围岩整体的稳定性，实现巷道的整体承载。其次，通过二次注浆加固，能够将初次支护下锚杆、锚索的支护转化为全长锚固，形成复合锚注支护结构，加强锚固范围与强度，确保锚固的稳定性[3-4]。

二次注浆加固采用低压浅孔充填注浆，低压浅孔注浆管选用规格为Φ38mm×1000 mm，注浆孔径为Φ45mm，孔深2500mm，注浆液选择水灰比为0.9的单液水泥-水玻璃浆液，水玻璃与水泥含量比值为1：20，水泥选用42.5级普通硅酸盐水泥。二次注浆过程中，注浆压力控制在1.5MPa-2.0MPa之间，确保浆结固体强度≧20 MPa。低压浅孔充填注浆管路布置示意如图3所示。

（六）底角锚注加强支护

西翼南辅运大巷二次注浆加固后，开始对巷道底角进行锚注加固，锚注加固能够有效控制巷道底板、底角与巷道两帮围岩的稳定性，抵抗破碎圍岩体的碎胀压力，加巷道围岩支护结构的强度，降低软岩巷道的变形程度。巷道底角锚注加固选用规格为Φ25 mm×3500 mm的自钻式中空内注浆锚杆，锚杆由中空特种钢制成，锚杆极限拉断力为150KN，最大延伸率为15 %左右，同传统锚杆相比，强度与抗剪切力大大提高，自钻式中空内注浆锚杆同注浆管路布置于同一断面上，注浆过程中，注浆压力控制在1.5MPa-2.0MPa之间，对巷道底板喷注100mm的混凝土封闭底板裂隙，以防在锚杆注浆期间发生跑浆的现象。

（七）复注加强支护

复注加强支护采用高压深孔渗透注浆，即在低压浅孔充填注浆加固完成并形成一定厚度加固柱的情况下，布置深孔，利用高压泵进行渗透注浆，以提高浆液的渗透效果，扩大注浆胶结范围，对低压浅孔注浆进行补强加固，从整体上提高围岩结构的稳定性，抑制巷道出现大变形的现象[5]。

高压深孔注浆管与低压浅孔注浆管选取规格相同，对巷道注浆前，预先利用钻机进行扫孔，孔深控制4.5m-5m之间，高压深孔渗透注浆管布置示意如图4所示。

高压深孔渗透注浆液选用水灰比为0.6的高强度水泥浆液，水泥选用52.5级普通硅酸盐水泥，同时在水泥中掺杂0.7%的高效减水剂以提高浆液胶结的强度，当注浆围岩裂隙较小，注浆受阻时，可将普通硅酸盐水泥更换为超细水泥进行注浆，高压深孔渗透注浆过程中，注浆压力控制在4.5MPa-6.0MPa之间，加固胶结范围控制在5.0m左右，确保浆结固体强度≧30 MPa。

结语

为解决三软岩层巷道支护难题，以晋煤赵庄煤矿西翼南辅运大巷为研究对象，针对巷道围岩变形程度高、强流变、支护难度高的力学特征，提出通过预留变形量+分层掘进支护+锚网喷初次支护+高预应力锚索二次支护+低压浅孔充填加固+底角锚注加强支护+高压深孔渗透加固技术控制围岩变形程度，构成锚固与注浆加固的动态迭加耦合支护结构，有效提高了围岩体的稳定性，实现了巷道安全掘进。

参考文献：

[1] 孟庆彬，钱唯，韩立军，陈轲，黄小忠，张玉烽，沙学伟.软弱矿体中巷道围岩稳定控制技术及应用[J].采矿与安全工程学报，2019，36（05）：906-915.

[2] 许昌毓，韩立军，杜跃.深浅孔-高低压耦合注浆加固机理与应用[J].华侨大学学报（自然科学版），2019，40（06）：733-740.

[3] 李飞鹏，郜建明.围岩松动圈锚注联合支护技术研究与应用[J].煤矿现代化，2014（02）：38-41.

[4] 李云，韩立军，孙昌兴，董叶茂.大松动圈破碎围岩二次注浆加固试验研究[J].煤炭科学技术，2012，40（12）：19-23.

[5] 刘学晔，严国超，张远方.近距离煤层下组煤回采巷道围岩破碎机理及加固技术研究[J].中国矿业，2020，29（05）：86-90.

作者简介：

廖引（1990年-），男，湖北天门人，硕士，研究方向：煤层气开发。