深部开采软岩巷道支护技术研究

冯日升

（汾西矿业集团晋汾新天综合服务公司， 山西 孝义 032300）

0 引言

近几年，随着矿井开采深度增加，煤炭开采回采时受地质构造、地应力以及围岩岩性等影响更趋显著，对巷道围岩控制提出更高要求。深部开采时软岩巷道在地应力、围岩承载能力差以及支护强度不足等因素影响下会出现显著变形，同时支护难度相对较大[1-3]。为实现深部开采软岩巷道围岩有效控制，众多的学者及工程技术人员展开研究，其中康红普等[4]针对山东深部开采矿井软岩巷道围岩变形特征，提出通过锚注技术支护围岩，现场应用后实现了软岩巷道变形控制；余伟健等[5]对高应力软岩巷道围岩变形特征进行分析，提出综合锚杆索、底板锚索、注浆、金属网等手段控制围岩变形；谢生荣等[6]认为通过锚喷注技术可强化深部软岩巷道承载拱承载能力，有效控制巷道围岩变形。上述研究成果为深部开采软岩巷道围岩支护工作开展提供了宝贵经验借鉴。

以山西某矿11302 综采工作面底抽巷围岩支护为背景，针对围岩变形量大、支护困难等问题，提出采用全断面锚索支护技术控制围岩变形，并进行了现场应用。

1 11302 工作面概况

11302 综采工作面回采的13 号煤层埋深超过680 m，煤层具有突出危险性，厚度5.7～6.2 m、倾角5°，为实现11302 综采工作面回采巷道安全掘进以及煤炭安全回采，提出在13 号煤层底板中掘进底抽巷进行区域瓦斯治理。根据现场条件将底抽巷布置在13 号煤层底板L9 灰岩附近，底抽巷掘进区域为稳定层位，地质构造较为简单，具体掘进区域内地层结构如图1 所示。

图1 掘进区域内地层结构

11302 底抽巷埋深超过700 m，设计掘进进尺2 539 m，巷道原设计断面为直墙半圆拱型，采用初喷（厚度50 mm）、锚网索+钢棚（U36 工字钢）+复喷（厚度100 mm）进行支护，具体巷道支护断面如图2所示。巷道支护后对围岩变形进行监测，发现支护完成7 d 内围岩变形速率均值在12～15 mm/d，最大变形速率超过100 mm/d；支护完成3 个月内，巷道顶底板、巷帮最大收敛量分别可达到1.3 m、0.9 m，围岩变形量较大，无法满足后续使用需要。

图2 底抽巷原支护断面图（单位：mm）

2 深部软岩巷道围岩控制技术

2.1 11302 底抽巷围岩变形分析

11302 底抽巷底板及巷帮均为砂质泥岩、泥岩，岩体内部裂隙发育且承载能力较差，遇水后容易膨胀变形；同时11302 底抽巷埋深超过700 m，围岩受到较大的地应力作用容易出现变形。11302 底抽巷围岩变形特征宏观上表现为底鼓、巷帮收敛。结合现场条件及围岩变形特征，分析导致巷道围岩变形较大的主要原因为：巷道围岩在掘进扰动作用下容易破坏，围岩塑性破坏区内支护强度不足；现采用的支护措施仅强化围岩表面支护强度，未对底板及巷帮等注浆，无法对塑性破坏区进行改造以及增强围岩承载能力。

2.2 围岩支护技术

依据相关研究成果，提出的深部软岩巷道围岩支护思路为：通过增强承载单元强度、围岩内摩擦角及黏聚力等，减少巷道围岩变形量。为降低巷道掘进工程量并为支护措施实施创造良好条件，将巷道断面由直墙半圆拱型优化成矩形（巷宽、巷高分别为5 800 mm、4 550 mm），现场采用的支护措施包括有：全锚索支护、锚索注浆、底板加固等。围岩支护方案为初喷（厚度50 mm）+锚网索支护+复喷（厚度100 mm）+补强锚网索支护+注浆加固，具体围岩支护参数为：

1）在巷道掘进后及时进行初喷，喷射厚度50 mm、强度C25 混凝土，进行初喷后在顶板、巷帮位置施工段锚索。顶板、巷帮锚索规格均为Φ21.6mm×3250mm，间排距均为800 mm、800 mm，锚索施加预紧力在350 kN 以上。

2）在初喷、顶板及巷帮锚索施工完成后，复喷厚度100 mm、C25 混凝土，并在顶底板施工注浆锚索进行注浆，巷帮用金属焊管进行注浆。

3）顶底板注浆采用的注浆锚索规格均为Φ22 mm×6 250 mm，顶板注浆锚索间排距为1 600 mm、1 600 mm，底板注浆锚索间排距为1 300 mm、1 600 mm，注浆前注浆锚索施加100 kN 预紧力，注浆完成后再进进行紧固，施加预紧力在350 kN 以上。巷帮注浆采用浅孔、深孔交替方式（一排浅孔、一排深孔），浅孔、深孔孔深分别为2 500 mm、4 000 mm，选用的注浆管规格均为Φ25 mm×2 000 mm 金属焊管，注浆孔间排距为1 600 mm、1 600 mm。

4）巷道全断面注浆浆液选用单液水泥浆，水、水泥质量配比为1∶（0.6～0.8），选用水泥为型号P·O42.5普通硅酸盐水泥，钻孔注浆压力控制在3 MPa 以上，具体11302 底抽巷围岩支护断面如图3 所示。

图3 底抽巷全断面锚索支护断面图（单位：mm）

3 现场工业应用效果分析

采用“十”字观测法监测11302 底抽巷围岩变形情，结果如图4 所示。巷道支护完成后顶底板及巷帮收敛量均有明显增加，但是支护时间不断增加，巷道围岩收敛速度逐渐降低最后趋于0；在巷道围岩变形基本稳定后顶板、底板及巷帮收敛量稳定在110 mm、200 mm、190 mm，围岩变形量整体较小，可为后续瓦斯抽采钻孔施工及巷道内行人、运输、掘进等工作创造良好条件。

图4 围岩变形监测结果

底抽巷掘进采用EBZ318（H）综掘机，配合全锚索、全断面注浆加固方案后，巷道围岩变形量整体较小，后续基本不需要维护；与前期施工相比，巷道掘进进尺可达到215 m/月，实现了安全高效掘进。

4 结论

1）对11302 底抽巷原支护方案下围岩变形情况进行分析，提出采用全锚索、全断面注浆以及高预紧力方式对围岩进行支护。

2）现场应用后，11302 底抽巷顶板、底板及巷帮围岩收敛量分别控制在110 mm、200 mm、190 mm 以内，后续使用期间基本不需要修整；采用的支护方案可满足底抽巷内瓦斯抽采钻孔施工、行人及后续巷道掘进等施工需要。