軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究

陳素彬

(山西焦煤西山煤電集團(tuán)呂梁公司，山西 太原 030053)

1 概述

巷道開挖過程也是圍巖應(yīng)力調(diào)整過程，應(yīng)力調(diào)整大小與巷道賦存條件、巷道斷面形狀、斷面大小、巖性及施工工藝有關(guān)。其中，不可改變、無選擇余地的因素反而對(duì)巷道的穩(wěn)定性影響巨大，特別是圍巖特性。要保持巷道的穩(wěn)定和滿足正常生產(chǎn)，必須采用合理可行的支護(hù)對(duì)策和支護(hù)方案，以適應(yīng)和改善各種圍巖特性，取得技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的效果。對(duì)于軟弱巖層，由于具有膨脹、流變等特性，且膠結(jié)程度差，目前采用的支護(hù)對(duì)策是主動(dòng)聯(lián)合、主被動(dòng)聯(lián)合支護(hù)，應(yīng)用廣泛有效的支護(hù)模式是“錨網(wǎng)梁索+錨注”、“U型棚+錨索+錨注”。

2 注漿加固機(jī)理

軟弱巷道圍巖的松動(dòng)范圍大，巖體強(qiáng)度低，錨桿在掘進(jìn)期及掘進(jìn)影響早期，由于圍巖未充分破碎，錨桿可以起到組合加固作用，錨索起到良好的懸吊作用。到了掘進(jìn)影響中期、流變期，由于圍巖裂隙充分發(fā)育，變形進(jìn)一步增大，超過錨桿的應(yīng)變、應(yīng)力范圍，錨桿的組合加固作用將進(jìn)一步減弱，錨桿形成的組合加固層的自撐能力逐步降低，此時(shí)，錨索的懸吊荷載逐步增大，如果不采用后路加固措施，軟巖巷道將持續(xù)變形，造成斷面變形過大、噴層開裂、局部冒頂?shù)炔焕谙锏婪€(wěn)定的現(xiàn)象。

注漿錨桿采用無縫鋼管冷拔或焊接而成。從錨注原理來看，既可起到錨固作用，又可作為注漿管進(jìn)行注漿，它將錨固和注漿結(jié)合在一起，用于軟弱破碎巖層。

注漿加固在原有支護(hù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)松動(dòng)圍巖注漿，增強(qiáng)圍巖本身的完整性和自承能力，起到了柔性讓壓和剛性支護(hù)的作用，與原有支護(hù)結(jié)構(gòu)組成協(xié)調(diào)互補(bǔ)的耦合支護(hù)體系，使圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)形成矛盾統(tǒng)一系統(tǒng)，保持整體穩(wěn)定。錨注加固機(jī)理主要有以下幾個(gè)方面：

①注漿封堵裂隙，防止風(fēng)、水對(duì)圍巖自身強(qiáng)度的瓦解。②注漿將松散破碎圍巖膠結(jié)成整體，提高巖體自身強(qiáng)度，增強(qiáng)自承能力。③錨固作用能夠成為由于變形對(duì)前期錨桿組合功能損耗的補(bǔ)償，阻止組合層變形的延伸作用影響錨索懸吊荷載及效果。④注漿與噴層耦合，使荷載均勻分布。⑤錨注與原有支護(hù)結(jié)構(gòu)形成交叉疊加承載圈，使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)為矛盾統(tǒng)一體，共同保持巷道穩(wěn)定。

錨注加固施工須注意以下幾點(diǎn)：

①必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)及圍巖物理力學(xué)特性，準(zhǔn)確把握圍巖變形過程，使其既形成裂隙，又保持在控。要求注漿加固時(shí)間把握恰當(dāng)，在圍巖處于殘余應(yīng)力、應(yīng)變之前實(shí)現(xiàn)在控錨注。②注漿參數(shù)要視具體情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整，做到填充已有裂隙，不產(chǎn)生新的有害裂隙。

3 研究巷道特征

3.1 巷道斷面特性

本文所研究巷道以屯蘭礦南二盤區(qū)18201軌道巷為試驗(yàn)對(duì)象，巷道斷面形狀為半圓拱形，巷道凈寬4.2m、凈高3.5m，S凈=12.8m2，S掘=14.2m2；噴漿厚度50～90mm，砼強(qiáng)度等級(jí)C20。巷道直接頂、直接底及煤層的f值均小于2.5；按圍巖松動(dòng)圈分類法，屬于大松動(dòng)圈(Ⅳ～Ⅵ類)；按圍巖變形量分類屬于Ⅳ～Ⅴ類。整個(gè)巷道處于軟巖地質(zhì)條件下，且巷道圍巖長期處于流變、蠕變狀態(tài)，頂?shù)装逡平枯^大，兩幫變形嚴(yán)重，返修率高，巷道斷面不能滿足生產(chǎn)需要，造成采掘接替緊張。

3.2 巷道地質(zhì)特性

撥門點(diǎn)處巷道底板距離10煤法距25m，巷頂距9煤法距34m。施工過程中，巷道主要揭露巖性為：泥巖厚約8m，灰色、塊狀、含植物化石碎片，局部較破碎。細(xì)砂巖厚約5m，淺灰色、薄層狀、堅(jiān)硬，含石英及暗色礦物，水平狀層理。預(yù)計(jì)拐1點(diǎn)前59m巷底距離10煤法距10m。巷道與南部回風(fēng)下山貫通位置處，巷底距10煤法距10m，巷頂距9煤法距49m。

4 加固方案設(shè)計(jì)

4.1 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

巷道支護(hù)對(duì)策為組合式支護(hù)措施，主要支護(hù)環(huán)節(jié)為：圍巖注漿以提高圍巖整體性和強(qiáng)度；利用錨索調(diào)動(dòng)深部圍巖強(qiáng)度；加固兩幫控制內(nèi)移；采用底角注漿錨桿控制巷道底板穩(wěn)定性。

第十一次：1971年“中華人民共和國商業(yè)部軍用供給糧票”（面粉、大米、粗糧、馬料各“伍拾斤”“壹佰斤”“伍佰斤”“壹仟斤”版）。

巷道支護(hù)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 錨網(wǎng)索+錨注支護(hù)設(shè)計(jì)圖

4.2 支護(hù)參數(shù)

普通錨桿：φ20左旋無縱筋等強(qiáng)螺紋鋼錨桿，長度2400mm，間排距700mm×700mm。

注漿錨桿：直徑φ22，長度2400mm，壁厚δ=3mm無縫鋼管冷拔或4mm鋼管焊接而成。

錨索：φ17.8mm鋼絞線制成，頂部3根長度9.5m，幫部2根5.5m。

托盤：錨桿150mm×150mm×10mm碟形托盤，錨索600mmU29槽鋼上面焊接150mm×600mm×6mm的平鋼板加工而成。

注漿材料：水泥+水玻璃單液漿，配置方法是在純水泥(425或525普通硅酸鹽水泥)漿液中摻加4.5%的45Be′水玻璃，其配比見表1。

表1 水泥水玻璃單液漿(4.5%水玻璃)配制表

4.3 支護(hù)效果

4.3.1 變形量

巷道位移及收斂速率是反映巷道圍巖變形和穩(wěn)定性狀態(tài)的重要指標(biāo)。課題組2009年7月21日～2009年8月29日和2009年9月5日～2009年10月15日兩個(gè)時(shí)段，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了巷道圍巖變形觀測(cè)。

圖2和圖3分別是巷道掘出后，第I測(cè)站和第Ⅱ測(cè)站巷道圍巖表面位移量、位移速度隨時(shí)間的變化情況?？煽闯觯隙P區(qū)18201軌道巷掘進(jìn)期間，兩幫和頂?shù)资諗课灰齐S時(shí)間的變化特征。

掘進(jìn)期間巷道變形觀測(cè)結(jié)果見表2、表3。

4.3.2 變形速度

掘進(jìn)影響期巷道表面位移量較大，14d掘進(jìn)進(jìn)

圖2 掘進(jìn)期間第I測(cè)站圍巖收斂曲線

圖3 掘進(jìn)期間第Ⅱ測(cè)站圍巖收斂曲線

尺29.4m，巷道兩幫位移為99mm，兩幫位移速度最大為6.0～6.1mm /d，頂板位移量47mm，底鼓量為113mm，頂?shù)孜灰扑俣茸畲鬄?.3～9.2mm/d。

進(jìn)入穩(wěn)定期后，巷道表面位移量增速大大降低，兩幫位移速度在0.3～0.7mm /d左右。

表2 掘進(jìn)期間巷道表面變形情況一覽表

表3 南二盤區(qū)18201軌道巷表面位移觀測(cè)統(tǒng)計(jì)整理表

5 結(jié) 論

本文研究軟巖巷道為大斷面準(zhǔn)備巷道，服務(wù)年限20年，要求支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、斷面滿足生產(chǎn)要求、經(jīng)濟(jì)合理。結(jié)合圍巖特性，采用圖1所示設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工，取得了預(yù)期效果。結(jié)論如下：

(1)對(duì)于軟巖巷道，單純提高支護(hù)強(qiáng)度和剛度不能從根本上解決問題，簡單的聯(lián)合支護(hù)方式也不能取得預(yù)期效果。

(2)本文應(yīng)用三維協(xié)控耦合理論，在支護(hù)方案中貫徹“長短結(jié)合、剛?cè)峄パa(bǔ)”的支護(hù)理念，協(xié)調(diào)施工時(shí)間、空間及研究對(duì)象，充分發(fā)揮錨索、錨桿、噴層、錨注結(jié)構(gòu)的各自優(yōu)勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)巷道的穩(wěn)定。

(3)本文支護(hù)方案的設(shè)計(jì)與施工工藝整體設(shè)計(jì)合理、可行。

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