深部软岩巷道喷、棚、锚、注联合支护技术研究＊

徐 磊 桑普天 王凌燕

（安徽理工大学土木建筑学院，安徽省淮南市，232001）

深部软岩巷道喷、棚、锚、注联合支护技术研究＊

徐 磊 桑普天 王凌燕

（安徽理工大学土木建筑学院，安徽省淮南市，232001）

针对淮北青东煤矿104回风大巷、石门围岩严重变形破坏问题，通过现场实测和理论分析研究其破坏机理及控制对策，提出了采用喷、棚、锚、注联合支护技术进行巷道支护，实现了软岩巷道一次性支护成功。

软岩巷道 联合支护 全封闭U型棚架 注浆

深井软岩巷道仅依靠锚喷或者锚网喷支护系统难以实现稳定，目前应用较多的是联合支护形式，但是往往会出现许多问题，因此在松散破碎围岩条件下，特别是受应力集中动压巷道，锚喷支护常常只起到临时支护的作用，因此研究基于锚喷支护的新型联合支护技术意义深远。

1 软岩喷、棚、锚、注联合支护技术

1.1 联合支护作用机理

喷、棚、锚、注联合支护技术主要是采用锚注技术与架设全封闭U型棚架共同作用，以达到加固围岩，改善围岩力学性能，控制围岩变形效果，通过互相的补强作用，实现主、被动支护耦合支护，大大提高支护体系的整体承载能力，其支护机理包括以下几个方面：

（1）采用全封闭U型棚架与锚杆的结构补偿，能够有效地减轻动压荷载对巷道围岩稳定的影响，减小底板附近岩层的扩容、膨胀及弯曲等变形。

（2）喷射混凝土后能够将全封闭U型棚架与围岩结合在一起，使围岩由双向受力状态变成三向受力状态，提高围岩强度。利用其柔性，使围岩在约束状态下缓慢流变，使喷层和围岩共同变形，相互制约。

（3）采用锚杆支护可以将软弱岩层或围岩悬吊于完整坚硬的岩体上，由锚杆承担其重量，并且形成挤压加固拱。

（4）锚杆内注浆后更能够有效地提高支护结构的整体性，改善围岩岩性和应力分布，一方面通过注浆将全封闭U型棚架与围岩耦合在一起，实现棚架与围岩共同承载；另一方面通过注浆提高围岩本身的稳定性。

2 工程应用

2.1 工程概况

淮北青东煤矿104回风大巷设计长度647.5m，标高在－563～－545m之间，巷道主要布置在8＃煤层和10＃煤层之间，受F11断层影响，该巷道需穿断层破碎带、7＃煤层及8＃煤层施工，受应力集中区动压影响较大。巷道岩性以泥岩和粉砂岩为主，巷道顶板为粉砂岩和泥岩，巷道底板为细粒砂岩，围岩条件较差。有的断面底臌特别严重，严重地带高达1m，一般的支护方式不能满足正常使用要求。为了解决这一问题，决定采用架全封闭U型棚＋滞后锚、注（锚杆支护＋深孔强化注浆）联合进行支护，以确保巷道的使用安全。

2.2 支护方案

全封闭U型棚＋滞后锚、注（锚杆支护＋深孔强化注浆）工艺流程为初喷—架全封闭U型棚—全断面实喷—锚杆支护—深孔注浆。

（1）初喷。及时喷射混凝土封闭巷道围岩，防止围岩风化潮解，喷层厚度20～30mm，混凝土配比：水泥∶黄砂∶石子＝1∶2∶2。

（2）架全封闭U型棚。104回风大巷U型棚参数见图1，共7节，U型棚选用材质为16MnK或20MnK的29＃矿用U型钢支架，巷道净高3860mm，净宽4625mm（拱基）。U型棚节与节之间搭接长度500mm，每处搭接位置采用两副限位卡缆和一副普通卡缆固定，卡缆扭矩不小于300N·m。棚距600mm，采用GB 13788ø6mm冷轧带肋钢筋电弧焊接，该金属网的单片规格为长2500mm、宽900mm，网格为100mm×100mm。

图1 104回风大巷全封闭U型棚支护断面图

每棚采用8根GM22／3000－490高强锚杆配合锁腿卡缆进行锁腿。每根锚杆采用两节Z2550树脂锚固剂加长锚固，下部锁腿锚杆距底板900mm，上部锁腿锚杆距下部锚杆1250mm。

（3）全断面喷浆封闭。U型棚架设好后及时进行实喷，确保U型棚与原锚喷断面间的空隙喷实，并将U型棚完整封闭；喷射混凝土作业滞后掘进头10～20m，在50m范围内完成。

（4）锚杆支护。锚杆选用GM22／3000－490高强锚杆，锚杆间、排距800mm×600mm，每孔采用两节Z2550中速树脂药卷加长锚固，顶部锚杆垂直岩面，底角锚杆带15°下扎角度施工，最下排贴底板布置，锚杆锚固力不小于80kN，锚杆托盘规格200mm×200mm，厚度10mm。锚杆安装结束后进行复喷，喷层厚度100mm，防止锚杆暴露空气中锈蚀。

（5）深孔强化注浆。采用风锤进行钻孔，每断面呈6孔布置，排距1800mm，间距2000mm，均匀布置；钻头直径42mm，孔深2.6m；注浆锚杆长2.4m，采用ø25mm钢管制成，钢管底端砸成扁状；前端孔径8mm，后端孔径4mm；采用空心速凝水泥卷封孔，注浆锚杆封孔深度为0.5 m，见图2，采用空心速凝水泥卷封孔，注浆压力控制在2～3MPa。

图2 104回风大巷注浆锚杆支护布置图

3 支护效果监测与分析

为了观测全封闭U型棚＋滞后锚、注（锚杆支护＋深孔强化注浆）支护效果，研究支护参数的合理性，在巷道合理位置布置了测点，对巷道围岩收敛状况进行观测，并对深孔位移进行测试。通过对104回风大巷的连续跟踪监测，掌握了巷道的变形情况，具体监测数据见图3和图4。

从图3可知，回风大巷巷道收敛量不大，巷道两帮和顶底的变形也较小，说明现有支护形式已经有效控制了巷道变形，围岩出现整体协调变形，实现了巷道的稳定控制。由图4可知，前11d围岩变形较明显，收敛速率较高，其最大值为1.4 mm／d，11d后收敛速率很快趋于平缓，并在第45 d时趋于稳定，收敛速率在0.1mm／d。

通过对巷道深孔位移的观测，得出巷道深孔位移随时间变化关系如图5和图6所示。

图5 两帮位移变化图

从深孔位移来看，根据两帮和拱顶位移收敛曲线发现拱顶3m处收敛最小，从而围岩完整性好，拱顶1m处收敛较大，围岩完整性差，拱顶2m处为过渡线，围岩离层大多发生在2m内，而2m以外的离层量很小，说明在锚固范围内，由于全封闭U型棚与围岩的相互作用，在巷道周边形成了稳定的支撑压力拱，有效地抑制了深部围岩的变形和破坏，抑制了塑性区向深部扩展，另外注浆也加强了围岩的强度。说明采用该复合支护形式满足对围岩的控制要求。

图6 拱顶位移变化图

4 结论

（1）与锚喷支护相比，喷、棚、锚、注联合支护技术能够更有效地加固围岩，增强了支护结构的承载能力，减轻了深部围岩的变形和破坏。喷、棚、锚、注各支护技术相互联系，共同形成一个耦合体系。

（2）全封闭U型棚架的可缩性和稳定性能适用于软弱围岩的地下工程中，减小底板附近岩层的扩容、膨胀及弯曲等变形，安全性能较好，防止了超高冒顶，底臌等地质灾害。

（3）工程试验表明：全封闭U型棚＋滞后锚、注，不仅技术上可行，安全上可靠，经济上合理，更重要的是为实施深部软岩巷道失稳治理、确保矿井高效生产提供了新的参考治理措施。

[1] 杨晓东.锚固与注浆技术手册[M].北京：中国电力出版社，2009

[2] 姜玉松.地下工程施工技术[M].武汉：武汉理工出版社，2008

[3] 李明远.软岩巷道锚注支护理论与实践[M].北京：煤炭工业出版社，2001

[4] 周兴旺，程桦，张伟林等.矿山建设工程技术新进展[C].合肥：合肥工业大学出版社，2009

[5] 王红胜，陈勇，张东升等.大断面开切眼联合支护及效果分析[J].中国煤炭，2010（9）

Research on the combined supporting technology
of shotcrete－pergola－bolt－injecting at deep soft rock roadway

Xu Lei，Sang Putian，Wang Lingyan

（School of Civil Engineering and Architecture，Anhui University of Science and Technology，Huainan，Anhui 232001，China）

Aiming at the problem of serious deformation of return airway and Shimen in Qingdong coal mine，through field test and theoretical analysis on the failure mechanism and control measures，the combined supporting technology of shotcrete－pergola－bolt－injecting to solve the present situation is put forward，it can be more effective to control instability of the deep soft rock roadway，it realizes the success of soft rock roadway supporting once.

soft rock roadway，combined supporting，completely closed U－pergola，grout

TD353

B

安徽省高校省级自然科学重点项目（KJ2011A099）

徐磊（1987－），男，江苏高邮人，硕士研究生，研究方向为岩石力学与支护。

（责任编辑 张毅玲）