谈软岩巷道围岩稳定控制技术应用
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［摘要］根据某矿西翼轨道大巷变形破坏特征，提出了西翼轨道大巷支护采用“一次有控卸压高强支护+二次高刚支护+关键部位支护+滞后注浆加固”技术方案，并开展了工程试验研究。该支护方案提高了围岩承载的整体性和围岩强度，由被动支护转化为主动支护，有效地控制了巷道顶板下沉、两帮内挤和底鼓。
［关键词］软岩巷道；底板注浆加固；围岩控制；矿压显现
引言
软岩巷道围岩强度低、结构弱面发育，甚至具有膨胀、流变特性，主要表现为大变形、大地压、难支护的特点［1－3］。由于软岩巷道所处的复杂工程地质条件以及软岩巷道支护不当而造成巨大的返修量问题，不仅造成很大的经济浪费，而且使整个矿井生产陷于困境，甚至关闭［4］。井下软岩巷道变形具有时间效应、空间效应及易受扰动性等特点，在矿井生产中，软岩巷道支护是较难解决的问题［5］。以山西某煤矿为研究对象，该矿主采煤层顶底板均为泥岩，且西翼轨道巷也布置在泥岩中。由于围岩的力学性能较差，所以巷道极易发生较大变形。其变形特征主要以巷道整体收敛和底鼓为主，且巷道收敛率和底鼓量都较大，巷道必须经多次返修才能使用，直接影响了矿井的正常生产。为解决以上问题，通过对围岩巷道的矿压监测，测试围岩物理成分及力学参数，揭示该矿井典型巷道围岩变形失稳原因，制定了适合该矿的支护方案，取得了较好地支护效果。
1巷道围岩变形特征
西翼轨道巷收敛变形规律如图1所示。该矿主采煤层顶底板均为泥岩，且西翼轨道巷也布置在泥岩中。由于围岩的力学性能较差，所以巷道极易发生较大变形。通过分析图1可知，西翼轨道巷的变形特征主要以底鼓为主，且巷道收敛率和底鼓量都较大，底鼓变形量达到370mm，两帮移近量及顶板下沉量均达到120mm。
2软岩巷道围岩控制工程实践
根据西翼轨道大巷破坏特征及原因分析，提出巷道围岩稳定控制技术方案为：一次有控卸压高强支护+二次高刚支护+关键部位支护+滞后注浆加固。（1）一次有控卸压高强支护技术：软岩进入塑性区后，本身仍具有较强的承载能力，因此应在不破坏围岩本身承载强度的基础上，充分释放其围岩变形能，先实现强度耦合，再实施高强锚杆（索）、高预紧力支护。（2）二次高刚度支护技术：文献［6］详细描述了该技术。（3）底板加固技术：采用巷道底板深孔锚索注浆加固技术，能够同时利用注浆加固与锚索加固的优点。（4）滞后注浆工艺：耦合支护后，通过观测巷道表面位移、巷道顶板离层检测及巷道围岩深部多点位移等数据，分析巷道围岩应力应变规律，确定合理的注浆时机。注浆采用水泥水玻璃单液浆，水泥采用525#普通硅酸盐水泥，水玻璃浓度为45°Bé，用量为水泥质量的3%~5%，水灰质量比在0.7~1.0。
2.2西翼轨道大巷围岩控制技术参数
2.2.1锚杆（索）支护设计参数根据理论计算和数值模拟计算分析，确定锚杆（索）支护参数如下：顶板及两帮锚杆规格均为准22mm×2600mm，间排距均为750mm×800mm；顶板锚索规格为准18.9mm×7300mm，每排3根，间排距为2000mm×1600mm。
2.2.2底板围岩鼓起治理技术参数底板采用超挖回填深孔锚索注浆加固技术治理底鼓。首先，每排施工3个的浅孔注浆管，其中2个底角孔、1个中间孔。孔深1.5m，孔径42mm，间排距为1400m×2000mm，浅孔注浆管用准25mm、长1m的钢管制作。然后，每排布置2个深孔锚索注浆孔（孔间距2000mm、排距1500mm），孔深7m，孔径60mm。锚索规格为准18.9mm×6300mm，注浆管用准20mm、长5m的钢管制作，注浆管孔口加丝外露混凝土地平50mm。
2.2.3注浆技术参数注浆采用水泥水玻璃单液浆，水泥采用525#普通硅酸盐水泥，水玻璃浓度为45°Bé，用量为水泥质量的3%~5%，水灰质量比在0.7~1.0。
3围岩稳定控制效果分析
通过在西翼轨道大巷采用了“一次有控卸压高强支护+二次高刚支护+关键部位支护+滞后注浆加固”技术方案进行了工程试验，在工业性试验巷道设置了1个变形测试断面，主要测试巷道两帮内挤和顶板下沉量，测试结果如图2所示。测试结果表明，巷道经过一次有控卸压高强支护、二次高刚及关键部位支护及滞后注浆加固后，提高了轨道巷围岩承载的整体性和围岩强度，由被动支护转化为主动支护，有效地控制了巷道顶板下沉、两帮内挤和底鼓，巷道几乎没有发生变形，顶板平均下沉量仅为2mm，两帮平均内挤不到3mm，且巷道已处于稳定状态。变形测试结果说明，支护结构能够满足软岩巷道围岩稳定控制的技术要求。通过对锚网形成的承载结构进行注浆后，锚杆从端头锚固变为全长锚固，所以在锚杆端头安装的液压枕从安装开始（有一定的初始预紧力）到随后的巷道使用过程中，液压枕的读数没有明显的增大，反而略有下降（由于锚杆在一定预紧力作用下，发生少量松弛现象）。
4结论
（1）根据西翼轨道大巷变形破坏特征分析，西翼轨道大巷的破坏原因为：巷道围岩的岩性较差、采动支承压力影响及支护方案的不合理，巷道变形以底鼓为主，底鼓变形量最大达到370mm。（2）应用软岩巷道耦合支护原理，提出了西翼轨道大巷支护采用“一次有控卸压高强支护+二次高刚支护+关键部位支护+滞后注浆加固”技术方案，并开展了工程试验研究。工程试验效果显示，围岩承载的整体性和围岩强度提升了，由被动支护转化为主动支护，有效地控制了巷道顶板下沉、两帮内挤和底鼓。
［参考文献］
［1］何满潮.中国煤矿软岩巷道支护理论与实践［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1996．
［2］杨仁树，李永亮，郭东明，等.深部高应力软岩巷道变形破坏原因及支护技术［J］.采矿与安全工程学报，2017，34（6）：1035-1041.
［3］何富连，张广超.深部高水平构造应力巷道围岩稳定性分析及控制［J］.中国矿业大学学报，2015（3）：80-90.
［4］余伟健，王卫军，黄文忠，等.高应力软岩巷道变形与破机制及返修控制技术［J］.煤炭学报，2014，39（4）：614-622.
［5］常聚才，谢广祥.深部巷道围岩力学特征及其稳定性控制［J］.煤炭学报，2009，34（7）：881-886.
［6］张书灿，郭国化，刘化伟，等.锚网-锚索耦合桁架支护技术在泉店煤矿的应用［J］.煤炭技术，2010，29（9）：65-66.
作者：郭玉峰 单位：山西西山晋兴能源有限责任公司