深部软岩巷道“双壳”支护技术研究与应用

2021-01-21任俊峰

山西能源学院学报 2021年6期

关键词：支护

任俊峰

【摘要】文章针对深部软岩巷道传统锚网索加固方式支护效果不佳的情况，以万年矿南二行人下山上段为工程背景，采用“双壳”支护技术对巷道围岩进行加固处理。通过现场实践及矿压监测结果表明：采用该支护形式后，巷道围岩顶板下沉量减少了12.3mm，巷道两帮横向变形量减少了14.6mm，且巷道顶板围岩内部离层值相对较小，比原支护形式更能有效控制巷道围岩的变形。

【关键词】深部巷道;软岩;“双壳”支护;围岩控制

【中图分类号】 TD353 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）06-0019-02

目前煤矿开采逐渐向深部发展，由此带来的地应力大、地温高、地质环境较差等问题，导致深部软岩巷道围岩发生显著变形以及软岩巷道围岩支护困难的情况，严重制约着深部矿产资源的开发与利用。因此许多专家学者在高应力软岩巷道支护方面进行了大量研究，孟庆彬等对深部高应力破碎软岩巷道围岩的变形机理进行了研究，并提出了“锚网索喷+U型钢支架+注浆+底板锚注”的支护方式。宋沛鑫采用锚网索+注浆+锚注+喷浆的支护方式控制动压影响下的软弱泥岩巷道围岩的变形，并验证了其可行性。许文静分析了巷道动压对巷道围岩支护影响。以上专家学者是通过对巷道围岩的浅部进行锚杆、注浆支护，并没有对深部围岩进行支护加固，阻隔深部岩体高地應力的传播。

本文依据以上专家学者的研究成果，针对某矿高应力软岩巷道的工程地质特点，提出了“双壳”支护方案，深浅壳体形成的支护体系可以有效减小巷道围岩破坏范围，现场监测结果验证了该支护方案的可行性，此研究结果可为类似工程地质条件下的高应力软岩巷道支护技术提供借鉴与参考。

1 工程概况

南二行人下山位于南二采区，其埋深900m，巷道围岩主要为泥岩及粉砂岩，主要呈灰黑色，薄层状结构，岩石强度较低，且地应力较高，同时运输巷道的断面相对较大，属于典型的高应力软岩巷道。钻孔柱状图及煤岩体力学参数如图1和表1所示。

2 深部软岩巷道变形特征及影响因素分析

由于高应力软岩巷道围岩的岩体强度较低以及赋存的高地应力，导致巷道支护难度较大，其主要控制因素为围岩体的岩性特征，软岩巷道围岩的岩体与水易发生反应，出现泥化、崩裂等现象。如果未采用有效的支护方式进行控制，巷道围岩将在短时间内发生变形，最终导致失稳破坏。同时岩体中的膨胀性黏土矿物成分也会发生吸水或失水现象，导致巷道围岩发生膨胀收缩，加剧了巷道围岩的破坏程度。

3 深部软岩巷道“双壳”支护基本原理

3.1 “双壳”支护基本概念

巷道“双壳”支护理论是通过对巷道的浅部进行锚杆、注浆支护形成浅部应力支护壳，对巷道的深部进一步通过锚杆、注浆加固形成深部应力加固壳，深浅壳体形成的支护体系可以有效减小巷道围岩破坏范围，阻隔深部岩体高地应力的传播，确保巷道围岩的稳定性。

3.2 “双壳”支护机理

南二行人下山上段为岩巷，采用锚网索支护方式，由于顶板为复合顶板，巷道支护效果不佳，为了提高支护效果，采取注浆加固对围岩进行“改性”。通过浅孔注浆初步形成帷幕（第一道壳），起到防渗透及初步固结的作用，深孔注浆进一步加固，同时使破碎岩石完全胶结在一起（第二道壳），更好地承载矿山压力。

通过对巷道围岩进行注浆，利用浆液胶结破碎松软岩层，填充松散岩层和空旷处，在其外围形成完整的注浆帷幕带和围岩一起共同承载矿山压力，阻止巷道周围来压造成的巷道变形。

与以往注浆设计方案相比，省去喷浆封闭巷道，利用“双壳”理论中的第一道壳（即浅孔注浆）固结、封堵巷道围岩裂隙，形成封闭的注浆空间。

4 “双壳”支护设计及围岩控制效果分析

4.1 “双壳”支护设计

通过浅孔注浆初步形成一道壳，起到防渗透及初步固结的作用，浅孔注浆巷道长度100m，钻孔排距4m，共计25排，每个断面8个孔，孔深4m，使用JD-WJF-4型加固材料，浅孔布置断面图如图2所示。

深孔注浆进一步加固，同时使破碎岩石完全胶结在一起，形成第二道壳，深孔注浆巷道长度100m，钻孔排距4m，共计24排，每个断面8个孔，孔深6m，注浆压力6-10Mpa，水灰比按0.3-0.45∶1进行，使用JD-WJF-1型加固材料，深孔布置断面图以及浅孔、深孔布置平面示意图如图3、图4所示。

浅孔使用JD-WJF-4型加固材料，具有良好的抗水性、凝结时间较快、高抗压性等优点，深孔使用JD-WJF-1型加固材料，具有良好耐压、凝结时间较快、高抗压性等优点。

4.2围岩控制效果分析

在巷道内布置JSS30A数显收敛计监测巷道围岩的变形，并根据所测数据的平均值绘制围岩变形量曲线图，如图5、图6所示。

由图5、图6可以看出，采用浅孔支护方案后巷道两帮变形量较大，并不能有效控制巷道两帮的变形量及巷道顶板的下沉量，当深孔支护方案实施后，巷道两帮的最大变形量减少了14.6mm，巷道顶板沉降量最大减少了12.3mm，采用“双壳”支护方式后巷道围岩变形得到了有效控制，说明该支护系统在深部软岩巷道中充分发挥了加固围岩的作用，有效地控制了软岩巷道围岩的变形。

5 结语

以万年矿南二行人下山上段为工程背景，对深部软岩巷道支护技术展开研究，主要得到如下结论：

对深部软岩巷道支护提出了孔深4m注浆初步形成帷幕以及孔深6m注浆使破碎岩石胶结在一起的“双壳”支护技术，可有效控制巷道围岩的变形。

采用“双壳”支护技术后，巷道两帮的最大变形量减少了14.6mm，巷道顶板沉降量最大减少了12.3mm，说明该技术可满足深部软岩巷道支护的要求，支护效果良好，验证了方案的合理性。

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