高应力软岩巷道支护及治理技术

高应力软岩巷道支护及治理技术

赵小强

甘肃华亭煤电股份有限公司华亭煤矿， 甘肃 华亭 744100

摘要： 根据矿井高应力松软岩石巷道支护要求的具体情况，研究应用高强度锚杆配合钢筋混凝土、底板锚注全断面支护技术，解决高应力软岩巷道支护问题，取得了显著成效。

关键词：高应力；软岩巷道；高强度锚杆；钢筋混凝土；全断面支护；锚注

1 概 况

华亭煤矿是一座设计生产能力400万吨/年的高产高效矿井，可采煤层为煤5层，属特厚煤层；生产水平为+840m水平，属于近水平煤层，顶板岩性多为泥岩，次为粉砂岩，局部为砂岩，属不稳定顶板；底板岩性较为复杂，有泥质胶结的中、粗砂岩，以砂岩为主，常具有似鲕状结构。

2 初设软岩巷道掘进支护情况

大巷穿煤层施工进入煤层顶板后，工作面岩层松软，多为泥岩，工作面后部巷道开始底臌、拱顶下沉、两帮收敛，轨道运输系统被破坏，掘进施工困难。为了加快工程进度，工作面继续掘进，后巷起底、打锚杆进行维修，维持正常生产，因后部巷道严重底臌，多次起底，两帮受压变形加剧，运料困难，被迫停产维修。

3、巷道破坏原因分析

（1）岩石松软，地应力大。巷道穿煤层布置，大多巷道布置在煤层顶板中，多泥岩和粉砂岩，层理发育，松软破碎，埋藏深度大，受开采和地表塌陷影响，造成地应力集中，围岩压力大，巷道掘进支护困难，易底臌、片帮、冒顶，支护难度大。

（2）锚杆长度较短，间排距大，支护强度小。巷道采用直径20mm、长度2000mm的D20-M22-2000型高强度螺纹钢锚杆支护，间排距为800mm。由于锚杆长度短，间排距过大，支护强度小，在强大的地应力及构造应力作用下，造成巷道底臌变形。

（3）巷道未封底，支护结构不合理。松软岩石巷道底部松软，不能靠围岩自身形成闭合承载环，底板受力差，受压力作用引起底臌变形和两帮及顶部支护破坏，巷道多次大量起底又加剧了巷道的变形和破坏。

（4）巷道超挖造成松动圈扩大。因岩石松软，爆破施工造成部分巷道两帮和顶部超挖，巷道表面凹凸不平，增大了松动圈，锚杆受力不均匀，混凝土喷层厚度不一致，局部应力集中，支护效果差。

（5）积水加剧了巷道底臌和变形。煤层顶板岩石多为炭质泥岩和粉砂岩，结构复杂，节理发育，遇水易膨胀；巷道掘进时揭露了多个小的含水层，涌水量较大，底臌破坏了巷道水沟，造成大量积水，巷道积水促使围岩塑性变形，支承力减小，变形量增大。

4．软岩支护及综合治理技术

针对巷道变形破坏的具体原因，对岩性为砂岩、粉砂岩、局部有泥岩、围岩较稳定、变形量较小的巷道采取锚网索喷浆配合混凝土浇筑底板全断面支护，对布置在泥岩、粉砂岩中、变形量大的巷道采用锚网喷配合钢筋混凝土全断面支护，并加强防治水，防止巷道底臌，进行综合治理，支护效果良好。

4．1 较稳定软岩巷道支护维修技术

对岩性较稳定、涌水量小、变形量相对较小的巷道，采用锚网喷配合混凝土全断面联合支护技术维修处理，即“锚网喷+底板锚注+混凝土浇筑底板”支护。

⑴巷道两帮及巷顶支护：对变形巷道两帮和巷顶进行二次刷掘、卧底，重新打锚杆，挂直径12mm铁丝编织的菱形金属网，安装直径14mm的钢盘托梁，金属网搭接长度100mm，并用12＃铁丝绑扎，打锚杆；锚杆支护后，滞后工作面20m在巷道顶部布置直径15.24mm、长度4.8m的D15.24-4800型钢铰线锚索补强支护，锚索间距2m、排距1.5m。施工工艺为：刷掘卧底至设计尺寸→挂顶、帮金属网→安装钢筋托梁→打锚杆钻孔→清孔→往孔内放入树脂锚头→用锚杆钻机安装锚杆→紧固螺母→安装其它锚杆→初喷混凝土→锚索补强支护（混凝土复喷工序在底板混凝土浇筑后进行）。

⑵巷道底板支护：两帮和顶部支护后，清理喷浆回弹，用厚度100mm的混凝土硬化巷道底板，铺设金属网和底托梁，用帮锚杆钻机从底板中部向两侧打底锚杆孔，连续打4-6排后，用注浆泵集中对底板锚杆孔注水泥浆，注满后给锚杆带好托盘和螺母，插入注浆锚杆孔；1天后，如发现锚杆孔内的水泥不满，补注水泥浆，注满为止；待水泥浆凝固后，拧紧螺母，然后在底板锚网上浇筑厚度300mm的混凝土，硬化地坪，起加强支护和防水作用。施工工艺为：卧底→清理喷浆回弹→混凝土硬化底板→铺设金属网和钢筋托梁→打底锚杆孔→注水泥浆→安装底锚杆→紧固螺母→混凝土硬化地坪。

(3)增加锚杆长度，采用锚索补强支护。锚杆长度由原来的2000mm增加到2400mm，间距由800mm减小为750mm，排距由800mm减小为600mm；并采用D15.24-5300钢铰线锚索补强支护，增大支护强度。

(4)采取综合措施防治水。针对软岩遇水易膨胀的特点，对巷道涌水采取巷道底部硬化防水、两帮和巷顶插管导水、注浆堵水、巷道截水、多个积水坑、多台水泵、专人排水等综合治理，消除了巷道积水，隔绝软岩与水接触。为避免水沟对混凝土底板整体性的削弱，巷道内不设水沟，只在巷道一侧留设深度50mm的流水槽，并根据水量大小，在流水槽一侧每隔50-100m浇筑一个净直径1400mm、深1000mm、壁厚300mm的集水坑，安装水泵，敷设排水管路集中排水，避免巷道积水。

4．2 松软易变形巷道支护维修技术

对岩性多为泥岩、粉砂岩、涌水量大、变形严重的巷道，采用锚网喷配合钢筋混凝土全断面支护，即“锚网喷临时支护+底板锚注+钢筋混凝土浇筑底板+钢筋混凝土砌碹”支护。

施工工艺：顶帮锚杆临时支护→初喷混凝土→巷底铺金属网和托梁锚固→绑扎底板钢筋和墙体钢筋→混凝土浇筑底板和墙体→绑扎拱顶钢筋→浇筑拱顶混凝土。

钢筋混凝土砌碹与巷顶的锚网临时支护之间压注和充填混凝土，保持密实，两种支护同时受力，提高支护强度，防止受力不同步造成分别受压破坏。

5．结束语

(1)对于受压变形破坏的软岩巷道，可采用锚网索喷浆配合混凝土浇筑底板全断面支护和锚网喷配合钢筋混凝土全断面支护技术进行支护，可达到很好的支护效果。

(2)软岩巷道掘进施工时，必须加强排水工作，防止巷道积水，减小对软岩巷道的浸蚀和破坏。

(3)巷道底臌和多次卧底，会引起两帮来压，加剧巷道变形，应对巷道底板进行硬化或钢筋混凝土浇筑处理，解决底臌问题。

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