城郊煤矿岩巷预留变形量让压工程应用研究

摘 要：我国是发展中国家，正处于国民经济高速持续发展时期，依靠国外的能源保障和矿产资源的持续供应是不可想象的，且浅部资源的开发已接近尾声。因此，深部资源的开发和利用不仅是必然的世界性的发展趋势，而且将成为21世纪我国最经济、最有效的能源和矿产资源保障措施。但是目前煤矿所遇到的问题很多：例如：主要开拓及采准巷道支护困难、巷道返修率高；永久性巷道支护后存在片帮、底鼓等现象，需要多次维护与加固，维护工作量大，支护成本高等等问题。若采用传统的支护方式，造成施工进度慢，进而影响全矿井的采掘接替。

关键词：预留变形量让压局部二次补强技术；方案；实践；研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.073

1 引言

城郊煤矿是河南能源永煤公司建设的第三对现代化大型矿井。矿井于1999年12月29日开工建设，2003年10月11日竣工投产，核定生产能力500万吨/年。目前因受大采深、高地应力等特殊的地质采矿条件，决定城郊煤矿巷道支护特别困难。在城郊矿岩石巷道掘进中表现出巷道矿压显现剧烈，传统的锚网支护不能有效控制巷道围岩变形。因此，城郊煤矿深部巷道围岩的合理、稳定控制是目前生产中所面临的等待解决的首要问题。深部围岩巷道有效控制的实用工艺技术国内外极少，为此本文通过实践研究深部围岩预留变形量让压局部二次补强支护技术，该技术不仅能有效解決城郊矿区复杂条件开掘巷道的一系列问题，而且对于我国煤矿生产的可持续发展等具有较强的经济和现实意义，希望对有这方面研究的学者提供一些帮助。

2 实验研究

2.1 实验场地及现场状况

本文以城郊矿二水平南翼轨道大巷Ⅱ为典型实例，对软岩巷道破坏原因、控制技术和支护对策进行了研究，依据理论分析和现场实测的手段，研究和分析预留变形量让压局部二次补强技术对实操带来的便利性。

城郊矿二水平南翼轨道大巷Ⅱ在二水平南翼轨道大巷中SYG16点位置沿232°方位角开口施工。变形严重区域巷道距拨门处约368m，断层面有淋水现象，变形严重巷道段位于二2煤顶板泥岩中，巷道揭露岩性主要为泥岩、砂质泥岩。该巷道掘进期间主要充水水源为煤层顶底板砂岩裂隙水，主要以滴淋水形式出现，对掘进有影响。原始支护方式未考虑预留变形量让压支护工艺，故巷道支护效果不佳。

2.2 钻孔窥视现场测试方案

顶部采用锚索机钻孔，钻孔直径32mm，钻孔设计深度10m，每断面施工3个钻孔，钻孔位置分别为顶板中部和左右两拱肩。窥视孔布置如图1所示。

2.3 巷道围岩窥视结果分析

城郊矿南翼轨道大巷Ⅱ变形严重区段由于受到渗流水、断层破碎带的影响，造成巷道围岩泥化，导致巷道一定范围内的围岩体丧失承载能力，因此，通过测定围岩松散破碎圈的大小，可以为确定合理的承载拱厚度提供依据，指导后续的注浆支护工作。现场仅正顶3孔可进行有效窥视，现对3孔实际窥视情况进行分析。

1号钻孔实际窥视深度9m，巷道壁后2.5m范围内的围岩破碎、破坏较为严重。2.5m-5m范围内围岩较完整，但存在多段弱面夹层，部分泥化，5m-7.8m范围内围岩轴向、径向裂隙交错发育，局部段中等破碎，7.8m-9m范围内，围岩较完整。

2号钻孔实际窥视深度3m，注浆深度3m，巷道壁后0-1.3m范围内，围岩泥化松散，1.3m-2.7m范围内，可见浆液胶结松散岩体，2.7m以外又见围岩呈泥化松散状，堵塞钻孔，无法进行进一步窥视。

3号孔实际窥视深度5.8m，巷道壁后0-2m范围内的围岩破碎、破坏较为严重。2m-5.3m范围内围岩完整，但可见局部裂隙发育，5.3m-5.7m范围内围岩岩性逐渐恶化，5.7m以外围岩出现松散破碎泥化现象，堵塞钻孔。

2.4 结论

（1）从监测钻孔内最大破坏深度看，巷道围岩最大破坏深度达到7.8m，随着钻孔深度增加，围岩破坏情况呈现先趋向缓和，后逐渐恶化的特点。

（2）巷道帮部钻孔成孔后淋水严重，无法进行窥视，表明帮部围岩裂隙已成为主要导水通道，受渗流水侵害严重，为支护关键部位。

（3）距交叉点28m处为围岩较稳定地段，对此位置的3号顶板钻孔进行窥视，发现在巷道壁后5.8m处出现泥化松散带，围岩破坏特征依然明显，说明渗流水对巷道侵害范围大。

（4）从2号顶板钻孔的窥视情况看，所窥视的3m范围内均为泥化松散岩体，前期注化学浆加固后，浆液扩散范围有限，注浆效果不佳，无法保证注浆范围内的松散岩体有效胶结。

3 城郊矿围岩预留变形量让压局部二次补强技术

针对巷道的破坏原因及程度研究预留变形量让压局部二次补强支护技术。采用炮掘掘进时，实现该技术的关键是控制好光面爆破施工工艺，保证巷道快速成型。

3.1 先喷后锚承载拱构建工艺

光面爆破施工完毕出矸后，巷道帮部先初喷一层混凝土再施工帮部锚杆，然后挂网、安装托盘。巷道沿掘进方向在巷道正顶、两肩及两帮施工7根锚索加强支护。

3.2 让压局部二次补强支护

预留变形量锚网索支护后不应立即喷浆覆盖，使巷道释放应力，充分达到让压目的。待巷道让压变形稳定后，进行局部二次补强支护，全断面一次复喷成巷，避免了两层皮，有利于提高喷射砼的强度。

结合城郊煤矿南翼轨道大巷Ⅱ实际工程地质特点及相关锚杆支护理论，对锚杆、锚网的支护参数进行了选择，即预留变形量光爆+初喷+锚网索+释放应力后局部锚网索二次补强+二次复喷”施工工艺。先喷后锚充分让压后，局部补强加固后复喷成巷，最大限度提高承载拱支护强度，并通过后期补强支护，提高支护结构与围岩的承载力，保持巷道长期稳定。

4 工程实践及试验效果分析endprint

南翼轨道大巷Ⅱ支护技术严格执行“先初喷、后锚网、滞后让压、二次补强、最后复喷”的预留变形量让压局部二次补强支护技术前提下，再次对巷道锚网索强化支护方案进行设计细化，考虑到断层地质构造带巷道变形破坏、淋水较为严重，建议在巷道帮部建立横向锚索桁架结构进行补强，并对巷道顶部进行注浆固化，将锚固力传递到稳定围岩区域。

4.1 试验巷道支护方案设计

（1）构造区短距离掩护注浆。由于地质构造区域围岩十分破碎，为保障巷道施工安全，根据顶板稳定性以及淋水等情况如有必要则采取短距离循环掩护注化学浆，在化学浆固结浅部围岩的掩护下进行巷道施工。注浆孔布置：在迎头顶板施工钻孔，钻孔倾角60°，钻孔间距为1.2m，共计5个钻孔。超前水平控制范围为3m，注浆后巷道掘进进尺2m，开始下一个循环。

（2）顶部锚杆、关键部位锚索支护。在浅孔充填注浆结束后，必须采用Φ20×2500mm锚杆对顶板进行支护。在巷道顶区布置3套顶部锚索，锚索间距1400mm，采用两卷MSK2335和两卷MSZ2335型树脂药卷锚固，预紧力不小于100kN；锚杆托盘规格200×200mm，厚度10mm，布置1.7×0.9m冷轧带肋钢筋电弧焊接金属网，提高锚杆整体作用效果。

（3）底板锚杆、锚索注浆方案。在巷道底板布置3套Φ18.9mm

×6000mm底板注浆锚索，锚索间距2100mm，注浆后预紧力应达到150kN，并且间隔布置Φ24×2600mm注漿高强度锚杆。

（4）复喷混凝土。巷道围岩加强支护并充分让压后应进行复喷混凝土，喷层厚度50mm，喷层可以有效防止锚杆、锚索锈蚀，提高巷道围岩承载拱强度。

4.2 试验巷道矿压观测及分析

（1）观测内容。为了观测预留变形量让压局部二次补强支护技术的锚网索支护效果，研究支护参数的现实合理性，现场设置了8个位移观测站，每个观测站按十字布点法布置，监测巷道表面位移，判断围岩运动情况。

（2）测站布置方案。在二水平南翼轨道大巷Ⅱ锚杆支护巷道表面位移收敛采用专用螺母钩短锚杆设备进行观测。表面位移收敛观测采用十字断面法，在选择合适的测点后，于巷道两帮及顶底板各安装一根长度为500mm的短锚杆，螺母采用普通螺母加工成的螺母钩安装。

（3）矿压观测分析。对巷道表面位移规律的分析主要针对顶底板位移变化量、两帮位移变化量。通过近两个月的矿压观测，城郊煤矿南翼轨道大巷Ⅱ8个测点处的两帮位移变化实测规律如图2所示。

（4） 顶底板位移量变化规律。通过近两个月的矿压观测，城郊煤矿南翼轨道大巷Ⅱ8个测点处的顶底板位移变化实测规律如图3所示。

由图2、图3可以看出，采用预留变形量让压局部二次补强锚网索联合承载拱支护技术后，围岩的变形过程平缓，并逐渐趋于稳定。巷道与1#联巷交叉点最大跨度处，3#观测点表面位移较大，顶底板位移量最大值为62mm，两帮位移量最大值为26mm，4#观测点顶底板位移量为40mm，两帮位移量为25mm，巷道联巷较远的8#测点表面位移量较小或无位移，巷道整体呈现为稳定状态。

（5）支护效果。城郊矿南翼轨道大巷Ⅱ地质条件较复杂，断层发育，地压较大，采用预留变形量让压局部二次补强锚网索联合承载拱支护技术后，巷道整体维护状况良好，顶底与两帮的变形量都在可控范围之内，巷道断面可以满足正常使用要求。

5 结论

本文针对城郊煤矿二水平南翼轨道大巷Ⅱ支护技术及控制体系进行了研究，较深入研究了围岩预留变形量让压局部二次补强承载拱构建支护体系，提出了较可靠的支护对策，得到以下结论：

（1）巷道帮顶处围岩的恶化是导致巷道失稳破坏的主要因素，南翼轨道大巷Ⅱ围岩破碎，同时受到裂隙水和构造应力影响，围岩泥化致使自身承载力丧失，应力在此处释放，造成支护结构局部应力集中，产生不规则变形，承载性能大大降低。

（2）详细阐述了该矿围岩预留变形量让压局部二次补强支护技术，即预留变形量光爆+初喷+锚网（索）+释放应力后局部锚网索二次补强+二次复喷”施工工艺。“喷锚让补喷”先喷后锚充分让压后，局部补强加固后复喷成巷，最大限度提高承载拱支护强度，并通过后期补强支护，提高支护结构与围岩的承载力，保持巷道长期稳定。

（3）工程实践严格按照“先初喷、后锚网、滞后让压、二次补强、最后复喷”的“喷锚让补喷”施工工艺施工，提高巷道整体承载力，实现支护结构和围岩让抗结合。并对巷道围岩变形进行观测表明围岩的变形过程平缓、均匀，并逐渐趋于稳定，联巷点最大断面处顶底板位移量最大值为62mm，两帮位移量最大值为26mm，远离巷道联巷巷道表面位移量较小或无位移，巷道整体呈现为稳定状态，确保了矿井安全高效生产。

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作者简介：吴文广（1984-），男，江苏沛县人，硕士，研究方向：矿业工程。endprint