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联合支护技术在破碎软弱围岩巷道维护中的应用李达军【湖南湘煤集团牛马司矿业公司，湖南邵东422807】摘要基于巷道围岩松散破碎，围岩中含有大量膨胀性矿物成分，分析了水井头煤矿-500水平412下山巷道破坏原因，提出了卸压+锚、梁、网、喷+注浆+U型钢支架+锚索的联合支护方案。支护试验表明该技术取得了良好的支护效果和经济效益。关键词破碎软岩联合支护巷道维护-----------------------------------------------------------------------1工程背景湖南湘煤集团牛马司实业有限公司水井头煤矿-500水平412下山埋深750～800m，布置在Ⅶ煤底板，主要围岩岩性为砂质泥岩，部分泥岩。岩层呈薄层状，平均分层厚度小于80mm，岩层倾角较大，层间粘结性极差，各分层裂隙发育。巷道掘进断面为半圆拱形，宽度2.8m，高2.4m。该巷道原支护方案为锚、梁、网、喷+注浆联合支护，采用直径20mm、长2000mm的等强螺纹钢无纵筋锚杆，间排距为700×700（mm），用树脂锚固剂卷锚固；采用直径12mm的钢筋梯子梁；混凝土喷层厚度为80～100mm；采用水泥注浆加固，加固厚度为3000mm。巷道支护后变形非常严重，最窄处宽度只有1.8m，底臌严重处高度只有1.6m。返修周期约为2个月，修复后仍然有较大变形，导致巷道掘进进度极慢，平均月推进不到20m，严重制约着矿井的安全和生产。2巷道变形破坏机理分析引起该巷道变形的力学机制较为复杂，影响因素较多，不仅与岩石本身的物理力学性质、矿物成份等有关，而且与巷道的力学环境及支护方式有关[1-3]。根据巷道变形破坏情况，经现场观测和理论分析认为，影响该巷道稳定、造成巷道破坏的主要原因为：（1）围岩性质的影响通过对412下山围岩矿物成分进行X衍射试验，发现围岩中含有大量的蒙脱石、高岭石和伊利石等膨胀、软化性矿物成分。这些含粘土性矿物的岩层强度低，易破裂，遇水软化、膨胀，是引起巷道剧烈变形的重要原因。（2）支护方式的影响从已修复的巷道测得围岩松动圈厚度为2.5～3m，而原来设计的锚杆长度只有2000mm，且没有进行U型钢支护和锚索等强力支护，提供的支护强度较小，对围岩加固的范围较小，不能控制巷道围岩较大范围的变形，不能促使巷道周边围岩承载结构的形成和稳定，因此，围岩破碎范围不断加大，围岩变形不断发展。该巷道没有安设底角锚杆，在较高的垂直应力的作用下，两帮岩体压迫底板围岩，导致底臌严重。（3）巷道掘进施工的影响该矿以前采用光爆施工不规范，对巷道围岩的震动破坏大，造成围岩裂隙发展和松动范围加大，大大降低了围岩的强度和自承能力。另外，巷道成型差，超挖量大，导致局部应力集中，弱化了围岩强度。（4）二次支护时机不合理原支护方案是在围岩变形能释放不充分时即开始进行二次支护，支护强度不能充分控制围岩变形，当围岩变形发展到一定程度后，锚喷层发生破裂，围岩和高水材料的风化没有得到有效控制。3支护方案的确定为保证该巷道围岩能够在较长时间内稳定，一方面支护要有较高的强度，另一方面应当较充分地释放围岩的变形能。因此，新支护方案采用了卸压和强力支护相结合的联合支护方式，卸压方式为导硐卸压，强力支护采用锚、梁、网、喷+注浆+U型钢支架+锚索相结合。3.1导硐卸压及支护参数（1）导硐几何形状及尺寸导硐的方位与设计巷道的方位完全一致。断面采用半圆拱形，墙高1m，宽2.4m。（2）导硐支护导硐采用锚、网、喷支护。采用直径18mm、长1800mm的圆钢锚杆，每根锚杆用1卷直径23mm、长600mm的树脂锚固剂卷锚固，锚杆间排距为800×800（mm）。采用直径4mm、网格100×100（mm）的铁丝网护帮护顶。全断面喷射混凝土30mm厚。支护断面如图1所示。180045°80080020080010002400R1200图1卸压导硐锚杆布置示意图（3）卸压时间卸压时间根据导硐开挖支护后变形破坏情况确定[4]。图2为卸压导硐位移量-时间关系曲线图。卸压导硐开挖支护后10～15d内，围岩收敛变形速率较快，喷层开裂，岩层中裂缝增多，应力释放较快，如图2中OA段所示；15d以后梯子梁弯曲，围岩松动，软弱夹层破碎流变，如图2中AB段所示；35d以后围岩变形减缓，曲线变平，如图2中BC段所示，说明卸压已基本完成，可以进行扩巷和支护工作。图2卸压导硐位移量-时间关系曲线图3.2巷道支护参数（1）巷道断面参数412下山断面形状为半圆拱形，扩巷后毛断面宽度为3m，墙高1.6m，锚、喷支护后宽度为2.8m，U型钢支护宽度为2.6m。（2）锚杆支护参数采用直径20mm、长2400mm的等强螺纹钢无纵筋锚杆，间排距为650×700（mm），如图3所示。用2卷直径23mm、长600mm的树脂锚固剂卷加长锚固，巷道顶板和两帮挂钢丝网和铺设钢筋梯子梁。2400240045°45°280030001600650200图3412下山巷道锚杆布置图（3）注浆加固参数采用水泥单液注浆，水灰比0.8︰1，加入水玻璃3%(体积比)。顶板和帮注浆孔深度为3000mm，底板注浆孔深度2000mm，注浆孔直径均为32～42mm。注浆孔排距2000mm，间距1500mm，如图4所示。注浆压力为1～2MPa，根据围岩情况具体确定，围岩破碎时适当降低注浆压力，围岩完整时适当提高注浆压力。一般情况下对围岩进行一次注浆，围岩来压严重时，可以进行多次注浆。u/mmCBA01535t(d)300045°1500150030006501500200028003000图4412下山巷道注浆孔布置图（4）U型钢支护参数采用U29型钢支架，排距700mm。（5）锚索支护参数锚索孔直径28mm。锚索采用直径15.24mm、长7300mm的单根钢绞线，锚孔深7000mm，外露不超过300mm。每根锚索用3卷长600mm的树脂锚固剂卷锚固，其中1卷双速锚固剂卷，2卷中速锚固剂卷，末端用采用1m的12#槽钢作为托板。断面上布置3根锚索，顶锚索布置在巷道顶板中部，帮锚索布置在离巷道底板1250mm处，钻孔仰角20°。锚索间距2100mm，即3排锚杆1排锚索。（7）浇筑巷道底板混凝土及喷射混凝土参数为保证巷道底板的稳定，同时保证注浆时不从巷道底板漏浆，在巷道底板浇筑厚250～300mm的混凝土。为封闭围岩和保证注浆压力，对围岩喷射混凝土，初喷厚度20～30mm，复喷厚度80～100mm。4支护方案的实施及效果该巷道掘进支护的施工顺序为：导硐掘进→导硐支护→巷道掘进（扩巷）→挂网→打顶锚杆→打帮、底角锚杆→喷射混凝土→浇筑底板混凝土→打注浆孔→注浆→架设U型钢支架→锚索加强支护→复喷混凝土及复注浆。巷道掘进（扩巷）滞后导硐支护1个月左右，扩巷后立即进行锚、梁、网、喷支护，注浆滞后锚杆支护施工6～8m，U型钢支护滞后注浆10m，锚索加强支护滞后U型钢支护10天。复喷及复注浆根据围岩变形破坏情况确定，出现了比较明显的围岩裂隙时及时进行复喷和复注浆。该巷道2008年2月开始施工，5个月内完成施工进度200m。整个巷道维护状况良好，变形最严重处顶底板收敛量小于180mm，两帮收敛量小于200mm。由于支护效果好，不需进行翻修，大大提高了掘进施工进度，也节约了维修费用。5结语①破碎软弱围岩中含有大量的蒙脱石、高岭石、伊利石等膨胀性矿物成分，支护难度大，一般的锚、梁、网、喷+注浆联合支护不能促使巷道周边围岩承载结构的形成和稳定，导致巷道维护失效，影响矿井安全生产。②采用卸压+锚、梁、网、喷+注浆+U型钢支架+锚索的联合支护技术，巷道维护状况大大改善，降低了巷道长期维护的成本，提高了矿井安全生产的效率。③采用卸压和强力支护相结合的方法，一方面通过卸压调动了深部围岩的承载能力，另一方面通过强力支护促使巷道围岩承载结构的形成和稳定，限制了围岩松动圈的扩展，减小了破碎软弱围岩的流变变形速率，从而能够保证巷道围岩的长期稳定。参考文献[1]何满潮，景海河，孙晓明．软岩工程力学[M]．科学出版社，2002.[2]陈炎光，陆士良．中国煤矿巷道围岩控制[M]．徐州：中国矿业大学出版社，1994.[3]王卫军，侯朝炯．软岩巷道支护参数优化与工程实践[J].岩石力学与工程学报，2000，19(5)：647–650.[4]甘经国．软岩巷道的导峒卸压[J]．矿山压力与顶板管理，1994，11(1)：41–43.作者简介李达军男，1963年出生，1989年毕业于焦作矿业学院采矿工程专业，学士学位。现任湘煤集团牛马司矿业公司任公司副总经理，工程师。（收稿日期：2008-06-16；责任编辑：陈桂娥）