B090302 軟巖巷道錨桿支護(hù)與傳統(tǒng)支護(hù)聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)

1、軟巖巷道錨桿支護(hù)與傳統(tǒng)支護(hù)聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)初月明 楊風(fēng)成 邵澤偉龍口礦業(yè)集團(tuán)洼里煤礦，山東 龍口265714摘要 通過對洼里煤礦地質(zhì)條件的分析，總結(jié)了以往巷道支護(hù)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，根據(jù)錨桿支護(hù)與傳統(tǒng)支護(hù)的特點(diǎn)，提出了相應(yīng)的支護(hù)對策，并在現(xiàn)場成功應(yīng)用。提出了對軟巖巷道支護(hù)發(fā)展的思路。關(guān)鍵詞 軟巖巷道 錨桿支護(hù) 傳統(tǒng)支護(hù) 聯(lián)合 應(yīng)用-1 地層概況洼里煤礦煤系地層主要由鈣質(zhì)泥巖、炭質(zhì)頁巖、灰綠色泥巖、泥灰?guī)r、砂巖、粘土巖、油頁巖和煤組成。主要可采煤層有煤1和煤2。其巖層的成巖時間短，變質(zhì)程度差，膠結(jié)性也差；巖石強(qiáng)度低，結(jié)構(gòu)松散，自穩(wěn)性差，承載能力小；巖石中含有大量的蒙脫石，節(jié)理發(fā)育，易風(fēng)化、潮解，吸濕泥化，膨脹

2、性強(qiáng)，易發(fā)生蠕變，在應(yīng)力作用下易產(chǎn)生顯著的塑性變形和流變。十二采區(qū)下部地層為新生界下第三系地層，煤系地層內(nèi)賦存可采煤層兩層，即煤1、煤2。煤系地層上部為第四系沖積層，厚度1235.27m，平均厚度25.27m，由砂質(zhì)粘土、砂層組成，底部含礫石，富水性強(qiáng)，為工農(nóng)業(yè)用水主要水源。其中采區(qū)西部第四系內(nèi)分布有玄武巖，厚度2.79.2m，平均厚度6.4m。煤1直接頂板為含油泥巖，厚4.5m，巖性軟弱，易冒落；煤1直接底板為次油頁巖，厚1.65m，屬強(qiáng)膨脹型巖層，易膨脹底鼓。煤2直接頂板為砂質(zhì)頁巖及砂巖，厚4.6m，含較豐富的承壓孔隙水；煤2直接底板為粘土巖及中粗砂巖，粘土巖易膨脹泥化，砂巖富水性強(qiáng)。區(qū)內(nèi)

3、斷裂構(gòu)造發(fā)育，屬于典型的“三軟”煤系地層。2 原來支護(hù)形式-250水平的原來的支護(hù)形式為料石砌碹支護(hù)和棚拱、噴支護(hù)。在砌碹支護(hù)中，分為幾個不同的巷道斷面，主要有D2.4m、D2.6m、D2.8m、D3.2m和D3.6m五種，D2.6m、 D2.8m、D3.2m在準(zhǔn)備巷道中使用，一次支護(hù)比較成功。但在十二采區(qū)下部的回風(fēng)下山和軌道下山穿層施工時，單純的砌碹支護(hù)則滿足不了安全生產(chǎn)的需要。（1）十二采區(qū)下部回風(fēng)下山巷道由于受該段膨脹巖層的影響，內(nèi)擠嚴(yán)重，巷道凈斷面由最初施工的2.68m，縮小到2.22.3m，碹骨在撤除前受膨脹巖層內(nèi)擠的影響，已經(jīng)發(fā)生了變形，給施工帶來了難度，直接影響了工程質(zhì)量，不得不

4、對內(nèi)擠較重的巷道進(jìn)行返修，并噴漿進(jìn)行加固。（2）十二采區(qū)下部軌道下山在施工前，雖然決定采取擴(kuò)大荒斷面的方式進(jìn)行施工，以保證該巷道的設(shè)計斷面，巷寬在原有基礎(chǔ)上擴(kuò)大400mm（每邊擴(kuò)大200mm），并采取壁后不充填矸石的方式進(jìn)行施工，給膨脹巖層一定的膨脹空間，該種方式雖然保證了當(dāng)時巷道不發(fā)生變化，但是巷道施工近10天以后又發(fā)生了明顯的變化，隨著巖層的下降趨勢，巷道逐漸發(fā)生變化，出現(xiàn)了內(nèi)擠、變形、破碎的現(xiàn)象，巷道局部凈寬由最初的3.68m縮小到3.5m左右，對該段巷道不得不又進(jìn)行了掛網(wǎng)、噴漿進(jìn)行加固。由此可見，砌碹巷道可縮性差，一旦出現(xiàn)破壞，必須全部返修。這是因?yàn)榱鲜鲰壑ёo(hù)屬剛性支護(hù)，柔性不足，脆

5、性有余，隔水性差，致使強(qiáng)大的地壓及膨脹壓力到來時，碹體無法通過斷面的收縮來緩沖、釋放壓力，最終造成料石碹受剪切破壞。經(jīng)實(shí)踐證實(shí)，在-250水平，簡單的錨、噴支護(hù)已不能滿足支護(hù)要求，受動壓影響時全圓料石碹受力相對均勻、巷道變形較輕，是-250水平采用最多的支護(hù)形式，架棚、反底拱、噴漿支護(hù)巷道在不受構(gòu)造應(yīng)力作用的情況下，支護(hù)還成功，但在回采期間變形相對較重，在-250水平只能有選擇地使用。而在標(biāo)高更深的十二采區(qū)下部的準(zhǔn)備巷道，單純砌碹支護(hù)和棚拱、噴支護(hù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了準(zhǔn)備巷道的生產(chǎn)需要，需要進(jìn)行支護(hù)改進(jìn)，提高支護(hù)強(qiáng)度。3 現(xiàn)在支護(hù)形式3.1 支護(hù)形式沿煤1施工，采用圓形斷面料石砌碹，碹后根據(jù)標(biāo)高的不同

6、布置不同數(shù)量的錨桿，在錨桿（麻花樹脂錨桿）和碹體間預(yù)留可縮層，壁后充填混凝土。3.1.1 十二采區(qū)皮帶下山2008年1月份，該巷道進(jìn)行穿層施工，在施工前，鑒于其他兩條巷道在該層位施工的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，決定繼續(xù)擴(kuò)大荒斷面，巷寬在原有基礎(chǔ)上擴(kuò)大800mm（每邊擴(kuò)大400mm），并在膨脹巖層區(qū)域安設(shè)直徑14mm、長2000mm的樹脂錨桿，每碹安設(shè)16根，按間排距為700700（mm）布置在膨脹巖層中，長度48m；使用規(guī)格為25020050（mm）的木托盤和規(guī)格為150150（mm）的鐵托盤。膨脹巖層位于碹體地坪以上時，對碹體壁后充填爐渣，將爐渣均勻的分布到碹體后面，填充時要滿而不實(shí)；膨脹巖層位于碹體地坪以

7、下時，恢復(fù)正常施工。目前，該段穿層巷道碹體出現(xiàn)過輕微裂縫，但沒有出現(xiàn)內(nèi)擠、破碎等嚴(yán)重情況，保證了巷道斷面的設(shè)計要求。3.1.2 十二采區(qū)下部回風(fēng)下山十二采區(qū)下部回風(fēng)下山設(shè)計斷面高為2.6m，料石砌碹?？紤]到該巷道設(shè)計斷面小，相鄰的十二采區(qū)工作面的標(biāo)高與其基本相同，因此施工過程中，沒有采取特殊措施，只在巷道層位和荒斷面上做出要求：沿煤1掘進(jìn)，巷道荒斷面適當(dāng)放大，每幫至少200mm；-285m以下（十二采區(qū)工作面以下）巷道龍門填充100mm的混凝土，保證工程質(zhì)量。目前該巷道已經(jīng)施工至標(biāo)高-305m，停止施工。目前，該巷道沒有明顯的變化，局部地段碹帽有掉片，但可控制，只進(jìn)行了掛網(wǎng)、噴漿修補(bǔ)。3.1.

8、3 十二采區(qū)軌道下山十二采區(qū)軌道下山設(shè)計斷面高為3.2m，料石砌碹，在該巷道選擇上沿煤1施工掘進(jìn)，采取壁后充填混凝土、放大荒斷面、壁后施工錨桿等措施，具體方法為：（1）標(biāo)高在-280m以上巷道在-280m標(biāo)高以上巷道采取放大荒斷面、壁后充填混凝土的措施，要求荒斷面放大后料石與巖層至少充填200mm的空隙，然后再在龍門左右各5行料石間充填100mm的混凝土；逐漸增加到地坪以上充填100mm的混凝土。從已施工段的巷道狀態(tài)來看，壁后充填段巷道的碹帽、龍門有下沉、變平現(xiàn)象，巷道龍門處有裂縫，說明支護(hù)效果不佳。為此，已在現(xiàn)場設(shè)點(diǎn)進(jìn)行定期觀測，對巷道的變化情況及時了解，以便及時采取加固措施。（2）標(biāo)高在-

9、280m以下巷道鑒于標(biāo)高在-280m以上巷道支護(hù)效果不佳的原因，決定標(biāo)高在-280m以下的巷道壁后施工錨桿，同時放大荒斷面，支護(hù)參數(shù)及要求是：每碹在巷道頂端龍門區(qū)域安設(shè)6根錨桿，平行布置，錨桿間排距為600700（mm），誤差不大于100mm。擱梁后再安設(shè)錨桿，中間錨桿安設(shè)在擱頂梁中梁的一側(cè)，其余錨桿打設(shè)在擱頂梁之間。標(biāo)高在-300m以下后，增加壁后錨桿的數(shù)量，每碹增加4支錨桿，達(dá)到每碹10支錨桿；-310m以下進(jìn)一步增加錨桿數(shù)量，錨桿達(dá)到每碹16支，目前巷道已經(jīng)施工到標(biāo)高-320m，每碹施工錨桿22支，在巷道起拱線位置施工兩排錨桿，并且龍門充填混凝土100mm，目前已經(jīng)施工了500m。錨桿為

10、直徑14mm、長1800mm的麻花錨桿，每根錨桿用1卷直徑35mm、長400mm的樹脂錨固劑卷端頭錨固。用金屬托盤和木托盤各一個，金屬托盤用廢舊溜槽加工，規(guī)格為1501505（mm）；木托盤的規(guī)格為20020050（mm）。錨桿端部必須推到孔底，尾端外露長度不大于50mm。安裝錨桿時，要保證錨桿預(yù)緊力，使用特制扳手上緊。錨桿安裝要牢固，托盤緊貼巖壁不松動，錨桿安裝方向垂直巷道圓心。3.1.4 十二采區(qū)下部皮帶下山十二采區(qū)下部皮帶下山沿煤1施工，采用的支護(hù)方式與十二采區(qū)軌道下山一致，且錨桿數(shù)量略有增加，自標(biāo)高-270m以下開始壁后安設(shè)6根錨桿，-280m以下增加錨桿數(shù)量到8根，-290m以下錨桿

11、數(shù)量增加至10根，目前正在按計劃進(jìn)行施工，巷道標(biāo)高已達(dá)到-295m，已經(jīng)施工了240m。3.2 支護(hù)效果從目前已施工段的巷道狀態(tài)來看，巷道標(biāo)高已經(jīng)達(dá)到-320m，為洼里煤礦建礦以來的最深層位，巷道僅有局部發(fā)生碹帽、龍門局部有下沉、變平現(xiàn)象，巷道龍門處局部有裂縫，說明復(fù)合加強(qiáng)支護(hù)有效果。3.3 觀測數(shù)據(jù)分析 頂板變形量，經(jīng)過觀測，在巷道施工完13天內(nèi)頂板變化較大，在十二采區(qū)軌道下山的觀測數(shù)據(jù)最大變形量為50mm，即碹體龍門下沉，以后變形量趨于變少。 兩幫移近從巷道掘出即發(fā)生，在未砌碹前，錨桿木托盤已經(jīng)受力壓縮變形，煤層變化量較小，巖層變化量較大，從觀測數(shù)據(jù)看，碹體墻體部分最大變形量達(dá)到80mm，

12、 以后變形量趨于變少。 巷道底板沒有變化。3.4 支護(hù)機(jī)理分析巷道中煤體處于頂?shù)装鍘r層的夾持之中，由于煤層與頂?shù)装宓牧W(xué)性質(zhì)有很大的差異，因此，巷道兩幫的破壞是由垂直壓力造成的，而頂?shù)装迤茐氖怯伤綉?yīng)力造成的。圍巖單向應(yīng)力集中范圍越大，煤層越厚，其破壞性越大。加之受深部高應(yīng)力作用，圍巖產(chǎn)生位移，巷道持續(xù)變形，穩(wěn)定性差。巷道開挖后，應(yīng)力重新分布，在巷道周邊23m以外，形成一個極限平衡區(qū)域，由于頂板失去了支撐，其重量將轉(zhuǎn)移到巷道的兩幫上。如果不進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)，頂板就會產(chǎn)生較大的變形，甚至垮落。因此，在巷道掘進(jìn)時，為防止片幫和頂板垮落，就要根據(jù)頂板的巖性采取合理的支護(hù)方式對巷道進(jìn)行支護(hù)。我們采用碹后

13、的錨桿支護(hù)能夠充分利用錨桿的懸吊、組合梁、壓縮拱和擠壓體的作用，有效地防止了頂板的垮落；預(yù)留可縮層是給頂板在施工錨桿后一定的可縮量，在頂板變形的末期，砌碹支護(hù)作為第二次支護(hù)發(fā)揮作用，同時該段可縮時間保證了碹體混凝土的充分凝固，能夠發(fā)揮砌碹支護(hù)的最大作用。4 支護(hù)發(fā)展思路隨著開采深度的增加，礦壓顯現(xiàn)更加明顯。根據(jù)礦壓資料分析，礦井深部巖體所受側(cè)向應(yīng)力與埋藏深度不是簡單的線性關(guān)系，隨著深度的增加，側(cè)壓系數(shù)加大，其所受側(cè)向應(yīng)力明顯加大，礦壓顯現(xiàn)更為突出。在深部，由于礦山壓力明顯加大，對巷道的支撐力要求也加大。由于其軟巖自身的支護(hù)能力較弱，巖石強(qiáng)度低（巖石堅(jiān)固性系數(shù)f值一般為0.051.2），軟巖中的

14、巷道開掘后，自穩(wěn)時間短，圍巖應(yīng)力進(jìn)入調(diào)整階段，應(yīng)力調(diào)整階段一般為13個月，在此階段圍巖變形速度快，變形量大，在周圍無構(gòu)造或無采動影響、支護(hù)及時并適當(dāng)時，此階段的變形量可能很小，表現(xiàn)尚不突出，之后圍巖應(yīng)力進(jìn)入相對穩(wěn)定階段。軟巖支護(hù)中，應(yīng)遵循“剛?cè)嵯酀?jì)，抗讓結(jié)合”的支護(hù)原則，即支護(hù)中允許巷道有一定的變形量，但必須保證巷道支護(hù)有一定的支撐力，以適當(dāng)控制巷道的變形。4.1改變支護(hù)體的狀態(tài)，提高圍巖自穩(wěn)性要提高圍巖強(qiáng)度，充分發(fā)揮圍巖的自撐能力，可采用全長錨固的錨桿支護(hù)配合砌碹支護(hù)，也可采用注漿錨桿，以形成圍巖的加固承載圈，阻止圍巖的塑性流動，保證巷道的穩(wěn)定。對在壓力較大的區(qū)域施工，在砌碹支護(hù)時，采用放大

15、荒斷面150200mm，在碹體壁空間，采用散狀固體材料充填，既可保證碹體受力均勻，又可防止圍巖壓力直接作用在碹體上，起到讓壓卸載、置換圍巖等綜合效果，極大地改善了支護(hù)體的狀態(tài)。4.2 釋放應(yīng)力在劇膨脹、高應(yīng)力圍巖的軟巖巷道里，在各種支護(hù)方法不能奏效的情況下，采用應(yīng)力充分釋放的方法能取得明顯的效果。砌碹支護(hù)施工過程中，在斷層帶和壓力顯現(xiàn)明顯區(qū)域，常采用二次成巷等措施，二次支護(hù)時間選擇在圍巖變形出現(xiàn)第一個穩(wěn)定點(diǎn)后進(jìn)行，允許圍巖釋放一定的壓力，減少對巷道的沖擊破壞。4.3加強(qiáng)礦井水的管理軟巖巷道支護(hù)技術(shù)中，現(xiàn)場總結(jié)對圍巖控制的經(jīng)驗(yàn)是“治頂先治幫，治幫先治底，治底先治水”。在軟巖巷道中，哪怕是少量的水

16、都會使底板泥化，因此對水的處理是保證軟弱圍巖穩(wěn)定的基礎(chǔ)。在治理工作中，要堅(jiān)持“無水要防，積水必疏，有水必治，用水必管”的原則。在巷道底部抹灰漿阻隔水對底板的泥化，同時加強(qiáng)排水、用水管理，及時施工集水池、水倉、排水溝等設(shè)施，防止巷道積水。4.4 合理選擇掘進(jìn)工藝軟巖巷道抗震動性能差，據(jù)測量，在回采工作面爆破，其超前影響范圍達(dá)200m，影響劇烈段達(dá)到20 m，每一次放炮可使周圍巷道頂板下沉23mm。軟巖巷道的變形的影響因素很多，炮震使圍巖強(qiáng)度下降量較大。采取的措施有： 采用多打眼、少裝藥、放小炮的光面爆破工藝，可保證巷道成形，降低爆破對圍巖的震動破壞，增加圍巖自身承載能力，減少巷道的破壞。特別是過

17、斷層過程中，揭露斷層后根據(jù)頂板情況，如頂板破碎較輕、壓力較小，可采用放小炮配合風(fēng)鎬施工，如頂板破碎較重、壓力大，一律采用風(fēng)鎬施工，同時由一次成巷改為二次成巷。 采用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，可以大大減輕對圍巖的震動破壞。4.5增加支護(hù)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在對軟巖巷道支護(hù)體結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度的設(shè)計時，應(yīng)與加固圍巖，提高圍巖自承能力相結(jié)合，與圍巖變形及強(qiáng)度相匹配，采取卸壓、讓壓與加固和支護(hù)相結(jié)合的方法。對于高應(yīng)力區(qū)，要卸得充分，對于大變形，要讓得適度，對于軟弱部分，要進(jìn)行加固，對于圍巖整體，要有足夠剛度支護(hù)住。在架棚支護(hù)中，根據(jù)礦壓顯現(xiàn)不同特點(diǎn)和不同的地質(zhì)條件，通過調(diào)整棚距、棚空安設(shè)錨桿、增加噴漿厚度等措施，調(diào)整支護(hù)強(qiáng)度，達(dá)到支護(hù)要求；對于在過斷層期間或過斷層后，已施工巷道出現(xiàn)碹體內(nèi)擠、破碎等礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象，及時采取加固措施，及時噴漿、安設(shè)錨桿、掛網(wǎng)、噴漿、支設(shè)工字骨架