松軟底板巷道圍巖控制研究

劉惠平

（山西焦煤集團公司 安監(jiān)局，山西 太原 030024）

深井巷道底鼓的有效控制成為圍巖穩(wěn)定性研究的重要問題之一[1]。何滿朝等[2]提出錨網索耦合支護技術控制底鼓的力學作用機制。劉泉聲等[3]經對高地應力破碎軟巖巷道底鼓的變形破壞特性分析，提出以底板超挖、高強度預應力錨索、深孔注漿、底腳、拱角錨桿和回填為技術支撐的綜合治理對策。謝廣祥等[4]采用“超挖錨注回填技術”新方法有效改善了巷道底板圍巖力學性質和力學狀態(tài)。本文以某礦受掘進擾動影響的巷道為例，針對巷道開挖后出現的頂板下沉量大、兩幫變形、底鼓突出等問題，經對底板開卸壓槽和灌漿方法，有效控制了巷道圍巖變形，效果較好。

1 工程背景

某礦巷道地表標高+120～+180 m，巷道標高-380～-420m，埋深500～600m，平均550m。該巷道煤層傾角10°左右，平均煤厚2.12 m，單軸抗壓強度11.2 MPa。直接頂為粉砂巖，深灰色，平均厚5.25 m，單軸抗壓強度79.5MPa?；卷敒樯皫r及細砂巖，平均厚19.5 m，單軸抗壓強度為65.7MPa。直接底為灰黑色泥巖，平均厚2.31m，單軸抗壓強度為19.8MPa。老底為火成巖，暗黑色，平均厚2.56m，單軸抗壓強度55.6MPa。

為了保證巷道正常，安全生產，結合巷道圍巖節(jié)理發(fā)育情況，運用FLAC3D模擬軟件對寬5 000 mm×高2 310 mm的巷道圍巖頂底板和兩幫位移進行研究，提出對底板切卸壓槽和灌漿方法控制底鼓突出，緩解頂板和兩幫的壓力，并經現場應用證明了該方法的合理性。

2 巷道原支護條件下數值模擬分析

2.1 計算模型建立

通過FLAC3D有限差分軟件建立試驗模型，采用摩爾-庫侖準則判斷巖體的破壞，模型長54 m，高31.74 m，巷道模擬三維模型。模型中，煤巖層呈水平狀態(tài)，假設煤巖體分層均質各向同性，考慮地質構造影響，在煤層走向和傾向取垂直應力的1.2倍，各單元的自重也予考慮。約束水平位移僅在模型的前、后、左、右四側，底部約束水平和垂直位移頂部距地表高度475.25 m的巖層厚度通過在模型上加均布載荷代替，根據模型設計手冊里2.5 MPa/100 m，實際加在模型上的壓力11.88 MPa，巷道徑向水平應力取14.256 MPa。通過巷道頂底板巖性經過換算確定的煤及各巖層物理力學參數，如表1所示。

表1 煤及各巖層物理力學參數

2.2 巷道原支護參數設計

1）兩幫支護：巷道兩側錨桿采用φ 22mm左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度1800mm。樹脂加長錨固，采用兩支錨固劑（一支K2335，一支Z2360），采用金屬網護幫。錨桿排距1000mm，每排2根錨桿，間距1000mm。

2）頂板支護：錨桿采用φ22 mm的左旋無縱筋螺紋鋼，長度1800mm。脂加長錨固，采用兩支錨固劑（一支K2335，兩支Z2360），采用金屬網護頂。錨桿排距1000mm，每排5根錨桿，間距1000mm。錨索采用直徑為22 mm的單根鋼絞線，長度7 000 mm。加長錨固，采用三支錨固劑，一支規(guī)格為K2335，兩支Z2360。錨索間距2000mm，每排2根錨索。

2.3 模擬結果分析

圖1 圍巖垂直位移分布圖

圖1為巷道原支護情況下的圍巖垂直位移分布圖，頂底板移近量最大165.4 mm，其中頂板下沉量和底鼓量最大值分別為66.7mm和97.7mm。據此，原支護對巷道頂底板變形不能起到很好控制作用，要用卸壓方式使其巷道穩(wěn)定。

3 巷道圍巖開槽灌漿卸壓方式

3.1 巷道底板開卸壓槽施工工藝

底板卸壓槽在開挖巷道30 d后施工，施工采用放松動炮和人工輔助開挖，因為卸壓槽較深，采用兩次爆破。首次爆破時，布置雙排眼，眼深不低于700mm，炮眼個數不大于20個，最小抵抗線大于300 mm，裝藥量小于0.125 kg/眼，封泥長度滿眼封實，采用連續(xù)正向裝藥結構。首次爆破后，將爆破的矸石從槽里清理出去，保證卸壓槽的深度不低于500mm。卸壓槽內如有積水,務必使用氣動隔膜泵將槽內的積水排出，然后再打眼，進行第二次爆破。第二次爆破布置單排眼，眼深不低于600 mm，炮眼個數不大于20個，最小抵抗線大于300 mm，裝藥量小于0.125kg/眼，封泥長度滿眼封實，采用連續(xù)正向裝藥結構。第二次爆破后，開挖出寬大約500 mm，深大約1 000 mm的卸壓槽，開挖好的卸壓槽上面采用10mm厚的鋼板或20mm厚的木板蓋嚴，防止工作人員或物品掉入，待卸壓完畢巷道圍巖基本穩(wěn)定后，再用水泥注漿回填封閉卸壓槽。

3.2 現場監(jiān)測結果分析

現場實測的原支護下的圍巖表面位移曲線，見圖2。開槽卸壓后的圍巖表面位移曲線，見圖3。開槽灌漿卸壓后的圍巖表面位移曲線，見圖4。

圖2 原支護條件下圍巖表面位移曲線

圖3 開槽后圍巖表面位移曲線

圖4 開槽灌漿卸壓后圍巖表面位移曲線

由圖2，巷道底板開槽初期，兩幫和頂底板變形較快。揭露25 d后，圍巖變形速度明顯減慢，圍巖表面位移逐漸趨于穩(wěn)定，頂底板移近量最大165.4 mm，兩幫移近量最大155.9 mm，頂底板和兩幫的變形不能得到很好的控制。

由圖3知，巷道底板開槽初期，兩幫和頂底板變形較快。揭露25 d后，圍巖變形速度明顯減慢，圍巖表面位移逐漸趨于穩(wěn)定，頂底板移近量最大119.1 mm，兩幫移近量最大105.9 mm，頂底板和兩幫的變形比起原支護得到一定控制。

由圖4知，巷道底板灌漿卸壓初期，兩幫和頂底板變形較快。揭露25 d后，圍巖變形速度明顯減慢，圍巖表面位移逐漸趨于穩(wěn)定，頂底板移近量最大99.1 mm，兩幫移近量最大85.9 mm，頂底板和兩幫的變形得到很好控制，充分發(fā)揮了圍巖的自承載能力，此時巷道圍巖較穩(wěn)定，能夠滿足安全生產。

4 結論

1）針對巷道工程背景采用數值模擬分析原支護下頂底板的位移量，結果表明：原支護不能很好控制頂底板變形，決定采用對底板切槽卸壓的方法對巷道圍巖進行有效控制。2）現場實測巷道原支護下頂底板和兩幫位移很大，給安全生產造成一定威脅；開槽后頂底板和兩幫位移得到一定控制，效果欠佳；通過對開過的槽實施水泥注漿后，巷道頂底板和兩幫位移有較大收斂，實踐表明切槽注漿卸壓方法對巷道系統(tǒng)起到較好控制。3）切槽注漿方法對于原支護不太理想的情況，可有效控制底臌、兩幫、頂板的收斂狀況，減小巷道屈服破壞區(qū)，從而改善圍巖應力狀態(tài)。

[1]惠功領,宋錦虎.高應力復合頂板巷道卸壓讓壓耦合支護技術[J].西安科技大學報，2010(4)：412-416.

[2]何滿潮,張國鋒,王桂蓮,等.深部煤巷底臌控制機制及應用研究[J].巖石力學與工程學報,2009(S1):2593-2598.

[3]劉泉聲,肖虎,盧興利,等.高地應力破碎軟巖巷道底臌特性及綜合控制對策研究[J].巖土力學，2012(6):1703-1710.

[4]謝廣祥,常聚才.超挖錨注回填控制深部巷道底臌研究[J].煤炭學報,2010(8):1242-1246.