顾桥矿北一13-1轨道下山实践深井软岩巷道修护加固

孙晨李锐葛维浩刘传勤闪涛

摘要：随矿井开采深度的延伸，软岩巷道修护次数逐步增加，普通支护方式已不能满足现状，针对顾桥矿北一13-1轨道下山巷道修护中遇到的软岩及复杂的地质构造，采用了中空注浆锚杆、无机速凝喷射复合砂浆及久米纳矿用无机充填加固材料与多种支护方式相结合的技术，初期取得了良好的支护效果。总结现场经验，新型材料与传统施工工艺相结合的技术满足软岩支护要求，提高了软岩巷道使用寿命，减少了巷道修护次数，确保了矿井正常生产和工作面接替。

关键词：软岩支护；中空注浆锚杆；无机速凝喷射复合砂浆；久米纳矿用无机充填加固材料

1引言

随着我国浅部煤炭资源逐渐开采枯竭，很多矿井开始转向深部开采。深部巷道的支护属于一种特殊的地下工程。对深部巷道围岩来说，复杂的地质条件和高地应力场常引发围岩严重的变形破坏，常规的支护手段难以维持巷道围岩的稳定，尤其是当巷道在软弱岩体中掘进过程中遇到断层等地质构造时，应针对围岩的特点，采用特殊的支护理念和支护手段。在深井软岩支护系统中，任何一种单一支护体的特性曲线都不能满足深部软岩巷道围岩的变形要求；因此，为解决深部软岩巷道的支护问题，必须采取综合治理、联合支护的方法。

2工程地质概况

顾桥煤矿北一下山采区13-1轨道下山为采区系统生根巷道，巷道位于11-2煤层顶板、13-1煤层底板，距13-1煤层底板最近距离仅9m，巷道围岩以砂质泥岩及粘土岩为主（图2-1）。该巷道南侧为北一下山采区煤层回风下山及北一11-2下山采区-850m以下瓦斯治理工程排矸、提料斜巷，北侧为北一下山采区13-1胶带机下山、岩石回风下山及11-2煤层1122（1）、1123（1）及1124（1）工作面和13-1煤层1122（3）、1123（3）及1124（3）工作面。其中下山采区11-2煤层1122（1）和1123（1）工作面和13-1煤层1122（3）工作面均已收作，1123（3）和1124（1）工作面目前正在回采，由于受地压和工作面重复采动影响，自北一下山采区13-1轨道下山上变坡点至1123（3）提料斜巷段约210m，巷道严重变形，局部区域U型棚成尖顶，影响打运安全，为了保证该巷生产需要，必须要对该巷道进行修护加固。图2-2为北一下山采区13-1轨道下山平剖面示意图。图2-3为巷道架棚段顶板受损情况。

图2-3巷道架棚段顶板受损情况

3巷修加固方案设计

3.1巷道断面形状及断面积

巷道采用直墙半圆拱形，巷道断面规格：宽5800mm，高4600mm，断面积23.06㎡。巷修加固形式：预应力锚注支护。

3.2巷修加固方案

在进行了深入、细致的现场调查与地质力学评估后，根据巷道围岩强化理论及离散单元数值计算软件UDEC4.0（UniversalDistinctElementCode4.0），进行巷修加固方案设计,其施工工序如下：

1）卧底、拆棚及刷扩

为便于巷道修复，巷修前先对施工段进行卧底，然后再进行拆棚及刷扩。拆棚及刷扩必须要在临时支护下进行，要求刷扩长度够打锚杆时必须要及时施工锚杆及锚索，即按照拆一锚一的循环方式进行施工。

2）普通锚杆及中空注浆锚杆支护

巷修扩刷后应及时进行普通锚杆及中空注浆锚杆支护。为降低成本，中空注浆锚杆间隔布置，中空注浆锚杆的间排距为2400×2400mm，普通锚杆间排距为800×800mm。即每施工3排锚杆，其中二排全部为普通锚杆，另一排沿巷道周边每隔2根普通锚杆施工1根注浆锚杆，中空注浆锚杆规格：Φ24×2530mm，普通锚杆规格：Φ22×2500mm，锚杆孔径：Φ32mm，普通锚杆孔深：2.45m（中空锚杆孔深：2.4m）（图4-1）。

3）常规锚索支护

锚索长度是锚索支护的最重要的参数，确定锚索长度的主要依据是顶板岩性结构及巷道断面，由于该巷道宽度为5.8m，若两帮各按松动0.6m考虑，则巷道的实际跨度将达到7m，根据自然冒落拱理论，锚索规格设计为Φ21.8×7700mm，锚索间排距：1200×800mm。为便于对深部围岩进行注浆加固，注浆锚索也是间隔布置，即每施工3排锚索，其中二排全部为普通锚索，另一排沿巷道周边每隔1根普通锚索施工1根注浆锚索（注：在布置注浆锚索的那1排、要求两帮底部布置注浆锚索，其目的是为了对底板进行加固），常规锚索孔径：Φ32mm，锚索孔深：7500mm，常规锚索紧跟刷扩迎头施工（而中空注浆锚索可滞后施工，将布置中空注浆锚索位置预留，待中空注浆锚杆注浆完毕后再进行中空注浆锚索施工及注浆）（图4-1）。

4）喷浆

为了防止中空锚杆注浆时漏浆，注浆前必须要对巷道进行喷浆，喷浆材料选用具有早强、速凝特性的KWPS-1QZ矿用无机速凝喷射复合砂浆，喷层厚40～50mm（注：中空注浆锚杆位置喷层厚度不小于50mm）。

相比常规水泥配土产料喷浆，KWPS-1QZ矿用无机速凝喷射复合砂浆具有如下特点：

①回弹率低（帮部基本上无回弹，顶部小于10%），能够有效节约喷浆材料；

②喷射材料最终的强度达到30MPa，强度是普通喷浆材料的2倍；

③矿用高强速凝喷射材料是预拌料，不需要现场进行拌料，减少施工劳动强度，节约人工。

4数值模拟验证

为了验证巷修加固方案的合理性，设计采用离散元UDEC4.0软件对顾桥矿北一13-1轨道下山所选择的加固方法进行数值模拟分析。

4.1数值模型的建立

根据顾桥矿北一13-1轨道下山围岩地质条件，建立长×高为300m×125m的计算模型。图5-1为顾桥矿北一13-1轨道下山层位关系图，图5-2为顾桥矿北一13-1轨道下山数值计算模型。

图5-2顾桥矿北一13-1轨道下山数值模型图

4.2模拟方案

模拟巷道为顾桥矿北一13-1轨道下山，巷道断面为直墙半圆拱形，断面大小为5.8m×4.6m，模拟方案如下：

工况一:巷道仅采用架棚巷修加固。

工况二:采用以锚杆锚索主动支护为基础的预应力锚注分步注浆加固技术。

4.3数值模拟计算结果分析

图5-3～图5-10分别为顾桥矿北一13-1轨道下山两种加固方案围岩的垂直应力云图、塑性区分布图、垂直位移云图和水平位移云图，表5-1为顾桥矿北一13-1轨道下山两种加固方案围岩位移量一览表。

对比两种加固方案巷道围岩塑性区分布图可以看出，加固方案一巷道底角位置出现拉伸破坏，而加固方案二巷道围岩未出现拉伸破坏区域，且工况二巷道围岩塑性区分布区域面积远小于工况一，表明工况二巷道围岩较工况一稳定。

由围岩垂直位移和水平位移云图可以看出，加固方案一，顶板最大下沉值为462mm，最大底臌量为604mm，左帮最大位移值为302mm，右帮最大位移为321mm；加固方案二，顶板最大下沉值为106mm，最大底臌量为181mm，左帮最大位移值为151mm，右帮最大位移为165m。对比两种加固方案可以看出，工况一不仅顶板下沉量大，且大变形区域集中在巷道拱尖处，工况二巷道围岩顶板下沉量小，且大变形区域较均匀地分布在拱顶处，顶板控制较工况一好，表明工况二采用以锚杆锚索主动支护为基础的预应力锚注分步注浆加固技术能取得更为显著的加固效果。

作者简介：

孙晨（1988-），男，助理工程师，2012年毕业于黑龙江科技学院采矿工程专业，现在淮南矿业集团顾桥煤矿从事掘进技术工作。

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