软岩巷道支护技术研究

陈素彬

(山西焦煤西山煤电集团吕梁公司，山西 太原 030053)

1 概述

巷道开挖过程也是围岩应力调整过程，应力调整大小与巷道赋存条件、巷道断面形状、断面大小、岩性及施工工艺有关。其中，不可改变、无选择余地的因素反而对巷道的稳定性影响巨大，特别是围岩特性。要保持巷道的稳定和满足正常生产，必须采用合理可行的支护对策和支护方案，以适应和改善各种围岩特性，取得技术上可行、经济上合理的效果。对于软弱岩层，由于具有膨胀、流变等特性，且胶结程度差，目前采用的支护对策是主动联合、主被动联合支护，应用广泛有效的支护模式是“锚网梁索+锚注”、“U型棚+锚索+锚注”。

2 注浆加固机理

软弱巷道围岩的松动范围大，岩体强度低，锚杆在掘进期及掘进影响早期，由于围岩未充分破碎，锚杆可以起到组合加固作用，锚索起到良好的悬吊作用。到了掘进影响中期、流变期，由于围岩裂隙充分发育，变形进一步增大，超过锚杆的应变、应力范围，锚杆的组合加固作用将进一步减弱，锚杆形成的组合加固层的自撑能力逐步降低，此时，锚索的悬吊荷载逐步增大，如果不采用后路加固措施，软岩巷道将持续变形，造成断面变形过大、喷层开裂、局部冒顶等不利于巷道稳定的现象。

注浆锚杆采用无缝钢管冷拔或焊接而成。从锚注原理来看，既可起到锚固作用，又可作为注浆管进行注浆，它将锚固和注浆结合在一起，用于软弱破碎岩层。

注浆加固在原有支护结构的基础上，通过适当松动围岩注浆，增强围岩本身的完整性和自承能力，起到了柔性让压和刚性支护的作用，与原有支护结构组成协调互补的耦合支护体系，使围岩、支护结构形成矛盾统一系统，保持整体稳定。锚注加固机理主要有以下几个方面：

①注浆封堵裂隙，防止风、水对围岩自身强度的瓦解。②注浆将松散破碎围岩胶结成整体，提高岩体自身强度，增强自承能力。③锚固作用能够成为由于变形对前期锚杆组合功能损耗的补偿，阻止组合层变形的延伸作用影响锚索悬吊荷载及效果。④注浆与喷层耦合，使荷载均匀分布。⑤锚注与原有支护结构形成交叉叠加承载圈，使围岩与支护结构协调为矛盾统一体，共同保持巷道稳定。

锚注加固施工须注意以下几点：

①必须结合现场观测及围岩物理力学特性，准确把握围岩变形过程，使其既形成裂隙，又保持在控。要求注浆加固时间把握恰当，在围岩处于残余应力、应变之前实现在控锚注。②注浆参数要视具体情况，动态调整，做到填充已有裂隙，不产生新的有害裂隙。

3 研究巷道特征

3.1 巷道断面特性

本文所研究巷道以屯兰矿南二盘区18201轨道巷为试验对象，巷道断面形状为半圆拱形，巷道净宽4.2m、净高3.5m，S净=12.8m2，S掘=14.2m2；喷浆厚度50～90mm，砼强度等级C20。巷道直接顶、直接底及煤层的f值均小于2.5；按围岩松动圈分类法，属于大松动圈(Ⅳ～Ⅵ类)；按围岩变形量分类属于Ⅳ～Ⅴ类。整个巷道处于软岩地质条件下，且巷道围岩长期处于流变、蠕变状态，顶底板移近量较大，两帮变形严重，返修率高，巷道断面不能满足生产需要，造成采掘接替紧张。

3.2 巷道地质特性

拨门点处巷道底板距离10煤法距25m，巷顶距9煤法距34m。施工过程中，巷道主要揭露岩性为：泥岩厚约8m，灰色、块状、含植物化石碎片，局部较破碎。细砂岩厚约5m，浅灰色、薄层状、坚硬，含石英及暗色矿物，水平状层理。预计拐1点前59m巷底距离10煤法距10m。巷道与南部回风下山贯通位置处，巷底距10煤法距10m，巷顶距9煤法距49m。

4 加固方案设计

4.1 巷道支护设计

巷道支护对策为组合式支护措施，主要支护环节为：围岩注浆以提高围岩整体性和强度；利用锚索调动深部围岩强度；加固两帮控制内移；采用底角注浆锚杆控制巷道底板稳定性。

第十一次：1971年“中华人民共和国商业部军用供给粮票”（面粉、大米、粗粮、马料各“伍拾斤”“壹佰斤”“伍佰斤”“壹仟斤”版）。

巷道支护设计如图1所示。

图1 锚网索+锚注支护设计图

4.2 支护参数

普通锚杆：φ20左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆，长度2400mm，间排距700mm×700mm。

注浆锚杆：直径φ22，长度2400mm，壁厚δ=3mm无缝钢管冷拔或4mm钢管焊接而成。

锚索：φ17.8mm钢绞线制成，顶部3根长度9.5m，帮部2根5.5m。

托盘：锚杆150mm×150mm×10mm碟形托盘，锚索600mmU29槽钢上面焊接150mm×600mm×6mm的平钢板加工而成。

注浆材料：水泥+水玻璃单液浆，配置方法是在纯水泥(425或525普通硅酸盐水泥)浆液中掺加4.5%的45Be′水玻璃，其配比见表1。

表1 水泥水玻璃单液浆(4.5%水玻璃)配制表

4.3 支护效果

4.3.1 变形量

巷道位移及收敛速率是反映巷道围岩变形和稳定性状态的重要指标。课题组2009年7月21日～2009年8月29日和2009年9月5日～2009年10月15日两个时段，在现场进行了巷道围岩变形观测。

图2和图3分别是巷道掘出后，第I测站和第Ⅱ测站巷道围岩表面位移量、位移速度随时间的变化情况。可看出，南二盘区18201轨道巷掘进期间，两帮和顶底收敛位移随时间的变化特征。

掘进期间巷道变形观测结果见表2、表3。

4.3.2 变形速度

掘进影响期巷道表面位移量较大，14d掘进进

图2 掘进期间第I测站围岩收敛曲线

图3 掘进期间第Ⅱ测站围岩收敛曲线

尺29.4m，巷道两帮位移为99mm，两帮位移速度最大为6.0～6.1mm /d，顶板位移量47mm，底鼓量为113mm，顶底位移速度最大为5.3～9.2mm/d。

进入稳定期后，巷道表面位移量增速大大降低，两帮位移速度在0.3～0.7mm /d左右。

表2 掘进期间巷道表面变形情况一览表

表3 南二盘区18201轨道巷表面位移观测统计整理表

5 结 论

本文研究软岩巷道为大断面准备巷道，服务年限20年，要求支护结构稳定、断面满足生产要求、经济合理。结合围岩特性，采用图1所示设计方案进行施工，取得了预期效果。结论如下：

(1)对于软岩巷道，单纯提高支护强度和刚度不能从根本上解决问题，简单的联合支护方式也不能取得预期效果。

(2)本文应用三维协控耦合理论，在支护方案中贯彻“长短结合、刚柔互补”的支护理念，协调施工时间、空间及研究对象，充分发挥锚索、锚杆、喷层、锚注结构的各自优势，最终实现巷道的稳定。

(3)本文支护方案的设计与施工工艺整体设计合理、可行。

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