风水沟煤矿软岩大巷治理方案创新研究.pdf

风水沟煤矿软岩大巷治理方案创新研究张成（内蒙古平庄煤业集团【有限】责任公司风水沟煤矿，内蒙古赤峰0 2 4 0 0 0）摘要：平庄煤业集团（有限）责任公司下属风水沟煤矿的巷道围岩主要由细砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层及灰岩组成。围岩组成的特殊性导致巷道遇水易发生泥化膨胀，围岩变形严重。针对失修巷道现象，曾采取锚网索+喷砼+注浆支护方式，但效果不理想。经研究,现提出3 个施工方案,对1 0 0 m范围内的巷道分段进行加固试验,根据试验效果确定加固方案。关键词：软岩;巷道底鼓变形;创新研究中图分类号：F406.3;TD3531地质条件及工程简述风水沟煤矿+1 9 0 石门加固地点位于5-2 煤层顶板与5-1 C煤层底板之间，岩性主要为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩或泥岩粉砂岩互层。+1 9 0 石门于2 0 0 7 年施工完毕，巷道从+1 9 0 避难室向外至+1 9 0 石门车场段，围岩年久失修,加之受巷道淋水影响，巷道顶、底板及两巷帮遇水发生膨胀，出现泥化破碎现象，在长时间失修状态下，顶板及两帮喧体出现大规模破碎掉落现象，巷道底板出现底鼓和变形现象。风水沟煤矿于2009年与河北同成矿业科技有限公司合作，对底板进行组合锚索和深浅部注浆施工，效果较好。截止到2 0 1 7 年初，巷道服务已经累计8 a，原加固的锚索锁具失效并脱落，在2 0 1 7 2 0 1 8 年，风水沟煤矿在回采6 煤东西两翼的工作面时，+1 9 0 运输石门受到两个采场的回采动压影响较为剧烈。根据巷道围岩观测结果，巷道顶底板变形严重，巷道整体已经不能满足通风和运输的要求,经过矿内研究，由本矿独自进行巷修。巷修队伍对+1 9 0 石门采取传统的拉底、锚网索喷支护,未使用U型拱加强支护,初期效果良好，但持续时间不到1 a，+1 9 0 石门加固地点巷道底鼓、两帮底脚处及二肋处变形严重、巷道整体断面收缩严重。巷道支护结构破坏严重，失去原有的支护效果，底板底鼓量最大达1 8 0 0 mm，巷帮移近量达1 0 0 0 mm，巷道底根处鼓出量达1 2 0 0 mm。为了加强巷道支护强度，保证巷道支护效果，经矿领导商议，现提出3 个施工方案（见图1、图2、图3）分段进行加固试验，决定对+1 9 0 石门避难碉室外1 0 0 m巷道进行加固处理。2软岩巷道支护原理及方式研究巷道在煤岩层中掘进，软岩巷道自身承载力较小，尤其在巷道开挖后，矿山压力显现，围岩的原始应力遭到破坏,增大了支护难度。具体表现为以下两方面：40文献标识码：B文章编号：1 0 0 8-0 1 55(2 0 2 3)1 2-0 0 4 0-0 3一是岩体经应力调整后达到二次应力状态，主要为二次应力为弹、塑性分布，主要取决于岩石强度。岩体强度较低，巷道开挖后，巷道周围的部分岩体应力超出了岩体的屈服强度,使岩体进人塑性变形,尤其当应力集中影响时，巷道变形量急剧扩大，为了保证巷道不发生大面积片帮与冒顶，必须加强支护，避免巷道围岩失稳，造成巷道破坏。在巷道开掘后，巷道会出现应力集中，主要表现在巷道两帮岩梁支撑点处、岩梁断裂后与巷道接触处 1-3 二是巷道底板多为吸水性较强的研石，受淋水影响，遇水极易软化变形，降低了岩体强度，巷道底板会出现严重底鼓现象。变形量由底鼓逐渐向巷道两帮发展，出现严重破坏，影响行车及行人。根据传统巷道围岩松动圈原理，巷道开挖后，在巷道围岩区域会出现破碎区，形成松动圈，如不及时采取支护措施，极易加剧破碎圈碎胀变形，但单一的支护方式效果不好，如单独采取传统的锚网索工艺在控制巷道的内敛变形上成效不佳，松动圈直径依然会逐步扩大，很难控制巷道变形发展 4 。根据实际经验,总结出三种软岩治理的支护方式，具体如下：锚网索+架U棚+喷砼联合支护方式：采用锚网索+架U棚联合支护方式，将基本的刚性支护和锚杆（索）支护结合起来。巷道套修后首先进行锚杆（索）支护，按照一定的间排距打设，再架设相应型号的钢棚，利用锚网索控制巷道变形量，钢棚为围岩提供阻力，通过两种应力作用增强巷道支护效果。锚注+锚网索+喷浆支护：针对巷道开挖后的破碎情况，首先对巷道围岩进行高强度水泥浆锚注，使顶板凝聚为整体，降低顶板破碎程度。巷道围岩强度增加后再使用锚网索进行支护加固，最后使用喷浆对巷道整体加固，以达到最优效果。锚网索+架U棚+注浆+喷砼联合支护方式：首先按原设计断面对巷道进行套修，支护形式为锚网索喷，再按照一定棚距架设U型钢支架，随后在巷道顶板、两帮及底板打设注浆孔注射高标号水泥浆，在巷道底板铺设钢筋网，架设工字钢与U棚支架底弧进行焊接，最后对底板进行浇砼。3施工方案比较风水沟的软岩治理一直是制约本矿增产提效的重要问题,每年的重复巷修量耗费大量的人力物力。此次针对+1 9 0 运输石门的实际情况，结合经典巷道围岩变形理论及软岩巷道围岩控制方法，采取分段比较法，采取三种方案在+1 9 0 石门的1 0 0 m失修巷道内进行分段施工,观察不同方案的最终效果，对比选取最优方案，最后再加以推广。研究提出施工方案一：采用干式打眼-全断面锚索网进行巷修，使用长度为6.2 m、直径d21.8mm的锚索，按照间排距1 0 0 0 mm1000mm打设，长度为8.2 m、直径21.8mm的锚索，按照间排距2 0 0 0 mm1000mm打设。U36型钢金属支架按照棚距7 0 0 mm架设，打设间排距为1 50 0 mm2100mm的注浆钻孔，孔深为3000mm。根据设计好的巷道断面进行套修后，在底板使用混凝土铺底，并使用工字钢将U钢焊接，增强U钢支护强度，在底部加设钢筋网，浇筑混凝土进行捣实进而增加混凝土强度。针对破碎巷道围岩，使用喷浆方法可以阻止巷道围岩风化破碎，还可以增加巷道整体支护强度。上述步骤可以将金属支护和混凝土支护结成整体，形成抗变形合力，有效应对巷道变形。间排距为1 50 0 mm2100mm的注浆钻孔，孔深为3000mm。与方案一相比,方案二在底板处增设三处注浆钻孔，间排距为1 6 0 0 mm2100mm，注浆孔深为3 0 0 0 mm。铺索21.8X8200间排距2 0 0 0 1 0 0 06型钢拱形支架距7 0 0钢筋网63000X1000扎径1 0 0 1 0 0，全断面铺设喷射混凝土清的L（300-20.300商排距1 50 0 2 1 0 0粮凝土铺底C15.厚1 1 50U36型钢形底列棚距7 0 01000*工字钢距8 0 0注浆钻孔（3 0 0 0）/排距1 6 0 0 2 1 0 0图2 方案二支护方式示意图研究提出施工方案三：采用干式打眼-全断面锚索网进行修，使用长度为6.2 m、直径21.8mm的锚索，按照间排距1 0 0 0 mm9000mm打设。U36型钢金属支架按照棚距9 0 0 mm架设，打设间排距为2 0 0 0 mm2700mm的注浆钻孔，孔深分别为3 0 0 0 mm、6 0 0 0 mm。与方案一和方案二相比,方案三在底板处增设三处注浆钻孔及组合锚索，锚索长度为8 2 0 0 mm，锚索直径17.8mm，间排距为1 6 0 0 mm1800mm，最后在巷道底部浇砼，浇砼量为1.2 m。铺索21.86200间排距1 0 0 0 1 0 0 0铺索21.8X3000注浆钻孔（3 0 0 0 6 0 0 0）锚索21.8X6200Z间排距1 50 0 2 7 0 0间排距1 0 0 0 1 0 0 0铺索21.86200间排距1 0 0 0 9 0 0锚索21.8X8200间排距2 0 0 0 X1000U36型钢拱形支架棚距7 0 0钢筋网630001000孔径1 0 0 1 0 0，全断面铺设注浆钻孔（3 0 0 0 回排距1 50 Q2100J36型钢拱形底弧100间距8 0 0图1 方案一支护方式示意图研究提出施工方案二：采用干式打眼-全断面锚索网进行巷修，使用长度为6.2 m、直径21.8mm的锚索，按照间排距1 0 0 0 mm1000mm打设，长度为8.2 m、直径21.8mm的锚索，按照间排距2 0 0 0 mm1000mm打设。U36型钢金属支架按照棚距7 0 0 mm架设，打设U36型钢拱形支架棚距9 0 0钢筋网630001000孔径1 0 0 1 0 0，全断面铺设喷射混凝王C20,厚1 50注浆钻孔（3 0 0 0、6 0 0 0）混凝土铺底C15厚1 1 50间排距2 0 0 0 2 7 0 0锚素21.8X30004效果2019年6 月对+1 9 0 大巷进行1 0 0 m分段试验。通41混凝土铺底C15,，厚7 0 03800弧型底梁简距1 8 0 0图3 方案三支护方式示意图铺杆2 2 2 4 0 0间排距1 0 0 0 9 0 0组合铺索17.8X8200间排距1 6 0 0 1 8 0 0过现场实测，一致同意方案二效果最佳，即全断面打设锚网索巷修+架设“椭圆形”U36型钢金属支架+支架，在巷道壁之间填充木料，形成“让压层适度让压+喷砼封闭+对围岩双液注浆”的联合支护方案，达到了控制巷道变形的目的。通过比较+1 9 0 失修巷道1 0 0 m范围内的三种方案，可以得知在采取相关措施后，巷道整体情况较失修之前得到了明显改善，经过近半年的观察，未出现巷道底鼓及巷道围岩变形情况，巷道套修前后效果对比见图4、图5。图4 原巷道支护效果图5现巷道支护效果5方案的创新通过多次试验，风水沟煤矿套修队对原失修巷道进行套修，主要采取锚网索+喷砼方式进行联合支护，取得效果不佳，维持时间仅半年左右。通过改革支护技术，进行三种方案比较，根据现场实际施工情况，最终选择方案二。方案二的主要创新点如下：创新一：放弃过去使用的2 5U钢，选用强度更高的36U型金属支架，对巷道的整体“骨架”上进行增强，在很大程度上增强了钢架支护强度。根据实际情况来看，3 6 U型金属支架完全适合本矿软岩巷道的治理。巷道围岩与钢架支架之间不仅使用木料进行背严背实，还使用长度为6.2 m的锚索进行锚固，避免了巷道变形压力直接作用于钢架上，在支架与变形力之间形成了良好的传递缓冲作用。创新二：进行注浆工艺的创新，对试验段底板灌注高标号水泥浆。相较以往，此次注浆分别向两侧和正底各延伸4 0 0 mm,增加了注浆长度和范围,形成密实统一的再生岩体，底板强度可以在原有的基础上实现双倍提升。积极采取控制围岩破碎的措施，喷射混凝土保护层使围岩与空气隔绝，避免岩体风化，控制围岩变形。创新三：此次方案充分考虑底鼓治理，在底板注浆的同时浇筑水泥浆。充分考虑巷道变形的实际情况，增强巷道底帮、巷道二肋处的支护强度。同时，增强巷道顶底板的支护强度，改变受力状态。经过现场实测，采取注浆方式增强巷道强度的方案切实可行，在很大程度上减缓了底鼓速度，减少了淋水对巷道底板的影响，巷道底板的底鼓量小，减少了巷帮的受力强度，抑制了巷帮的移近量，两个因素相互作用，起到增加巷道强度的作用。6结语综合来说，风水沟煤矿运输大巷软岩治理成果，为本矿的深部开采巷道维护提供了非常有价值的借鉴，也为平庄煤业集团其他类似矿井的巷道维修提供了经验和技术支持。鉴于软岩巷道支护变形力学原因具备多样性，必须选择适合本矿的支护方式，选择主被动支护方式，保证经济合理。参考文献：1刘宇鹏，夏才初，吴福宝，等.高地应力软岩隧道长、短锚杆联合支护技术研究 J.岩石力学与工程学报，2 0 2 0,39(01):105-114.2孔令喜，顾坤，张生，等.软岩大变形地质条件下的让压支护体系试验研究 J.地下空间与工程学报,2 0 2 0,1 6(S1):55-58.3刘鑫，高明仕，贺永亮，等.倾斜特厚煤层综放沿空掘巷围岩稳定性研究J.中国矿业大学学报,2 0 2 1,50(06):1051-1059.4王明明.某矿矿井软岩巷道高强度联合支护创新研究 J.内蒙古煤炭经济，2 0 2 0（2 0：4 3-4 4.作者简介：张成（1 9 8 5-），男，内蒙古赤峰人，本科，工程师，从事煤炭开采工作。42