國陽二礦470水平南翼大巷修復(fù)與加固技術(shù)研究

姚建新

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)國陽二礦，山西 陽泉 045008）

國陽二礦470水平南翼大巷修復(fù)與加固技術(shù)研究

姚建新

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)國陽二礦，山西 陽泉 045008）

針對國陽二礦470水平南翼巷道嚴(yán)重收縮變形破壞、不能滿足正常使用要求的情況；采用了錨注和U型鋼可縮性金屬支架聯(lián)合支護(hù)，關(guān)鍵部位錨桿（索）加強(qiáng)支護(hù)形式，對大巷進(jìn)行了加固支護(hù)；解決了二礦局部巷道屢壞屢修，影響輔助運(yùn)輸能力正常發(fā)揮、制約采掘生產(chǎn)的局面，實(shí)際應(yīng)用效果良好。

巷道修復(fù)；注漿加固；國陽二礦

1 巷道基本概況

國陽二礦470水平南翼大巷五采車場段地表，位于虎頭梁溝東南一帶山嶺之中，地面標(biāo)高965 m～1100m。大巷東部為五采區(qū)，西部為七采區(qū)。上距560水平一南翼大巷93 m。總體為一向斜構(gòu)造，其上發(fā)育次一級的褶曲構(gòu)造。地層傾角3°～ 12°，平均為5°。斷裂構(gòu)造不發(fā)育。巷道揭露15號(hào)煤層，平均厚度6.7 m，普通含兩層夾石（八寸石和驢石）。煤層直接頂為黑色泥巖，老頂為砂質(zhì)泥巖。巷道最初支護(hù)形式采用錨桿、砌碹聯(lián)合支護(hù)，巷道凈寬4.2 m，凈高3.5 m。由于巷道壓力顯現(xiàn)嚴(yán)重，在450 m～600 m處，距五采下料車場口往里約180 m巷道，碹體巷道嚴(yán)重收縮變形破壞，不能滿足正常使用要求。1995年已采用29U型棚進(jìn)行了一次整修加固；但近幾年來又損壞嚴(yán)重，雖然已采用錨索網(wǎng)支護(hù)對巷道進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加強(qiáng)支護(hù)，但到2006年該段巷道U型棚支護(hù)段約50%的棚腿受壓彎曲，巷道兩幫收縮嚴(yán)重，巷道凈寬縮為3.2 m～3.9 m，已不能滿足雙軌運(yùn)輸要求，現(xiàn)變?yōu)閱诬夁\(yùn)輸，運(yùn)輸距離長達(dá)500m。按礦的銜接安排，2007年9月份80914高效工作面投入生產(chǎn)，由于該段巷道是390水平輔助水平的運(yùn)輸主干線，現(xiàn)單軌運(yùn)輸肯定不能滿足400萬t/a生產(chǎn)需要。

采用傳統(tǒng)巷修技術(shù)擴(kuò)巷整修，如果離層、松動(dòng)巖體大面積冒落，390水平現(xiàn)有隊(duì)組生產(chǎn)運(yùn)輸能力將無法保證，而且該巷道也有報(bào)廢、無法整修的危險(xiǎn)；將直接影響到80914高效工作面的投產(chǎn)，成為制約二礦年度生產(chǎn)任務(wù)完成的最大瓶頸。因此，研究和解決這類巷道的修復(fù)、支護(hù)、加固方法問題，勢在必行，且很重要。

2 巷道變形破壞特點(diǎn)和破壞原因分析

2.1 巷道的變形和破壞特點(diǎn)

通過對國陽二礦470水平南翼大巷五采車場段的現(xiàn)場實(shí)際考察，發(fā)現(xiàn)巷道的變形和破壞具有以下特點(diǎn)：（1）對于原錨桿、砌碹聯(lián)合支護(hù)形式，靜壓下巷道能保持基本穩(wěn)定；但在動(dòng)壓下即使采用可縮U型鋼和錨索等加強(qiáng)支護(hù)，巷道也不能保持穩(wěn)定，發(fā)生嚴(yán)重變形破壞。（2）巷道變形破壞后，修復(fù)時(shí)仍以U型鋼支架為主進(jìn)行支護(hù)，支架后背坑木或鋼筋混凝土背板，支架后存在較嚴(yán)重的空頂和空幫現(xiàn)象，支架受力性能較差，相對地降低了巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力，影響了巷道的整體穩(wěn)定性。靜壓下巷道能在一定時(shí)間內(nèi)保持基本穩(wěn)定，但后期也產(chǎn)生一定的變形，在動(dòng)壓下則發(fā)生嚴(yán)重的變形破壞，從而造成支架出現(xiàn)嚴(yán)重的偏轉(zhuǎn)、折曲、扭曲、內(nèi)擠及下插底板、形成尖頂?shù)雀鞣N變形破壞方式，巷道表現(xiàn)出較嚴(yán)重的斷面收縮。因此，修復(fù)后的支護(hù)結(jié)構(gòu)仍不能保持巷道的穩(wěn)定。（3）其主要破壞形式為兩幫內(nèi)擠，特別是底角內(nèi)擠量極大，從而形成尖頂形式，使支架嚴(yán)重扭曲，且底鼓嚴(yán)重，局部頂板下沉量較大，造成支護(hù)結(jié)構(gòu)的全面破壞。（4）變形破壞后的巷道圍巖，其主要特征是軟弱、松散、破碎，使得圍巖的力學(xué)特性顯著降低和弱化，承載能力極低；修復(fù)巷道時(shí)，圍巖極其破碎，易發(fā)生冒頂和片幫，支架后大量存在空頂和空幫現(xiàn)象，從而無法實(shí)施有效的主動(dòng)支護(hù)等加強(qiáng)支護(hù)手段，加劇了巷道后期的變形破壞。

2.2 巷道變形和破壞原因分析

巷道發(fā)生嚴(yán)重變形和破壞的原因主要包括巖性、圍巖裂隙發(fā)育（碎脹壓力）、地應(yīng)力與構(gòu)造應(yīng)力、支護(hù)結(jié)構(gòu)等幾個(gè)方面綜合作用的結(jié)果。（1）圍巖呈顯著的高應(yīng)力軟巖特征：該巷道使用過程中發(fā)現(xiàn)，圍巖自穩(wěn)性差，極易冒頂和底鼓，而底鼓使兩幫及頂板位移量加劇，松動(dòng)范圍擴(kuò)大，持續(xù)時(shí)間長，使支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)；（2）構(gòu)造和采動(dòng)應(yīng)力大：從開拓系統(tǒng)圖中看出，該大巷處于構(gòu)造復(fù)雜地帶，并受560水平巷道和采區(qū)開采影響，構(gòu)造應(yīng)力、采動(dòng)重新分布應(yīng)力、重力場疊加，使得作用在結(jié)構(gòu)上的載荷增大，當(dāng)結(jié)構(gòu)承受不了該載荷時(shí)，必然產(chǎn)生變形，逐漸造成巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞。（3）支護(hù)方式與圍巖條件不適應(yīng)：U型鋼棚是一種被動(dòng)支護(hù)，圍巖強(qiáng)度得不到提高，對松軟巖層，圍巖自身承載能力低，在高圍巖壓力下，支架變形收縮，松動(dòng)圈進(jìn)一步擴(kuò)大，使支架和圍巖處于失穩(wěn)狀態(tài)。（4）碎脹壓力大：該巷頂板為泥巖和砂質(zhì)泥巖，并穿15號(hào)煤層，在強(qiáng)大構(gòu)造和上覆巖層壓力下，軟弱面巖石被擠壓突出，造成支護(hù)結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重失穩(wěn)，圍巖嚴(yán)重變形、破壞，產(chǎn)生巨大的碎脹壓力。

3 巷道修復(fù)和加固技術(shù)方案

3.1 巷道支護(hù)原則的確定

目前巷道支護(hù)中，可選擇的主要支護(hù)方式有金屬支架支護(hù)、錨噴支護(hù)、預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)、注漿加固及各種型式的聯(lián)合支護(hù)等。金屬支架支護(hù)，存在施工機(jī)械化程度低，速度慢，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，且屬于被動(dòng)支護(hù)，承載能力相對偏低，因此不宜單獨(dú)采用；而錨噴支護(hù)對于新掘巷道來說，只要能夠?qū)嵤╁^桿支護(hù)，并采取合理的支護(hù)參數(shù)和施工工藝，其支護(hù)效果較其它方式要優(yōu)越；但對于多次修復(fù)巷道來說，由于圍巖松動(dòng)范圍極大，無法實(shí)施錨桿支護(hù)，或無法保證錨桿的錨固力，形不成有效的支護(hù)結(jié)構(gòu)，不能控制深部圍巖的碎脹變形，因此也不宜單獨(dú)使用；預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)承載能力高，在不穩(wěn)定地層的巷道及硐室支護(hù)中獲得了較好的效果，但施工速度較慢，支護(hù)成本相對較高，適合作為一種加（補(bǔ)）強(qiáng)支護(hù)措施；錨注支護(hù)是一種可靠有效的后加固手段，與其它各種支護(hù)方式相結(jié)合，已取得較好支護(hù)效果。因此，對于陽泉二礦470水平南翼大巷五采車場段巷道來說，只有采用合理的聯(lián)合支護(hù)方式，才能保證巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定。

3.2 巷道支護(hù)與加固技術(shù)方案

根據(jù)支護(hù)與圍巖相互作用的研究成果，支護(hù)強(qiáng)度是控制巷道圍巖劇烈變形的關(guān)鍵因素，對于國陽二礦的高應(yīng)力碎裂圍巖巷道，僅僅依靠相當(dāng)支架本身的支護(hù)能力，很難控制巷道的劇烈變形，必須充分發(fā)揮巷道圍巖自身的承載能力，才能保證巷道在靜動(dòng)壓下的穩(wěn)定。針對二礦南大巷已發(fā)生較大變形，圍巖松動(dòng)范圍較大的特點(diǎn)，一方面要刷大巷道斷面，及時(shí)實(shí)施初次支護(hù)，以滿足使用要求，另一方面要防止松動(dòng)的圍巖在施工中出現(xiàn)較大范圍的冒頂和片幫。然后采用有效的措施提高圍巖的整體性和自承載能力，以便有利于進(jìn)一步實(shí)施可靠有效的主動(dòng)支護(hù)，并加強(qiáng)巷道底角支護(hù)，用以實(shí)現(xiàn)控制巷道底鼓的目的。因此，借鑒其他煤礦的成功經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)方案采用：“錨注和U型鋼可縮性金屬支架聯(lián)合支護(hù)以及關(guān)鍵部位錨桿（索）加強(qiáng)支護(hù)形式”。

圖1 U型鋼與噴網(wǎng)支護(hù)及錨注加固結(jié)構(gòu)示意圖

以內(nèi)注漿錨桿為核心所形成的錨注聯(lián)合支護(hù)體系，其實(shí)質(zhì)是采用注漿錨桿兼作注漿管使用，一方面通過注漿改變巖體的力學(xué)性能，另一方面為錨桿提供了有力的著力基礎(chǔ)，提高了錨桿的支護(hù)效果；注漿不僅可使松散圍巖膠結(jié)成整體，而且使原端錨錨桿變成全長錨固，成倍提高圍巖巖體自身的承載能力，真正變被動(dòng)支護(hù)為有效的主動(dòng)支護(hù)；已有的工程實(shí)踐證明，采用這一技術(shù)路線解決不穩(wěn)定巷道的支護(hù)問題是正確的。

由于巷道已發(fā)生較大變形，圍巖松動(dòng)范圍較大。因此，所用支護(hù)方式包括：可縮性U型鋼支架與噴網(wǎng)支護(hù)、壁后充填注漿、關(guān)鍵部位錨桿（索）與注漿加固等。其修復(fù)、支護(hù)、加固方案主要包括：（1）巷道斷面的刷大和U型鋼支架與噴網(wǎng)初次支護(hù)。（2）U型鋼支架與噴網(wǎng)支護(hù)壁后充填注漿。（3）巷道全斷面注漿加固。（4）巷道關(guān)鍵部位和底板加強(qiáng)支護(hù)。修復(fù)后巷道采用的U型鋼與噴網(wǎng)支護(hù)、錨注加固結(jié)構(gòu)，見圖1。

4 巷道支護(hù)與加固的使用效益

項(xiàng)目的實(shí)施，從根本上解決了局部巷道屢壞屢修，影響輔助運(yùn)輸能力正常發(fā)揮、制約采掘生產(chǎn)的局面。如果該段巷道不返修或整修不成功，需重新掘巷500m替代該段巷道，掘巷成本需450萬元，且重新掘巷需近9個(gè)月的時(shí)間，勢必影響80914高效工作面的投產(chǎn)；80914高效工作面儲(chǔ)量近300萬t，按日生產(chǎn)原煤8000 t計(jì)，如果耽誤幾十天，經(jīng)濟(jì)損失將達(dá)幾千萬元。

通過本項(xiàng)目，確保了礦井的正常生產(chǎn)、通風(fēng)、運(yùn)輸；采用的方案減少返修工作量、節(jié)約維護(hù)費(fèi)用，大大減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度；通過巷道支護(hù)機(jī)理與技術(shù)的研究，解決了陽泉及其它礦區(qū)相似巷道支護(hù)難題，對促進(jìn)巷道支護(hù)技術(shù)水平的提高，直接改善礦井生產(chǎn)和安全條件，具有重要意義。

Research on Restoring and Reinforcement Technology of No.470 Horizontal Southside Roadway in No.2Guoyang Mine

YAO Jian-xin
(Guoyang No.2 Mine,Yangquan Coal Group,Yangquan Shanxi045000)

For the contraction deformation and failure of No.470 horizontal southside roadway,a united support with grouting and U-shaped yieldable steel frame is adopted.Anchors or cables are used to reinforce the support in key parts.The technology solves problems and has good results in practice.

roadway restoring;grouting reinforcement;No.2 Guoyang Mine

TD265.4

A

1672-5050（2011）03-0060-03

2010-10-12

姚建新（1963—），男，河北涿州人，副礦長，工程師，從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)及管理工作。

劉新光