摘要：矿井深部开采面临巷道埋深大，地压大，持续受高水平应力作用等问题，造成巷道变形严重，支护难度大，也是整个采矿界一直面临的一个问题。潘一矿东区开拓巷道埋藏深度超过900m，巷道掘进过程中采用U型棚支护和普通锚网索支护。从支护效果来看，其开拓巷道架设的U型棚受挤压变形严重，多数失去支护效用，底臌严重，后期打设的加固锚索也出现断裂，经常是前掘后修，不但维护工作量大，费用极高，而且还造成巷道成巷速度慢，矿井建设周期长，给安全生产带来很大的被动。
关键词：强力锚注；深井大巷支护；应用
1试验巷道地质条件
图1.1潘一矿东区锚注加固试验段示意图
图1.2 潘一东区翼主胶带机大巷锚网索喷+36U型棚联合支护图
为解决长期以来困扰潘一矿东区生产的深井高应力巷道支护问题，矿方与相关科研单位技术人员开始在潘一矿东区就新掘巷道的锚注支护形式开展研究，采用架棚加锚索注浆加固的方法，研究潘一矿东区巷道破坏变形的主要原因。工业性试验选在受高应力影响比较典型的新掘巷道-848m西翼主胶带机大巷，试验巷道长度75m。锚注加固试验巷道段位置见图1.1。
-848m西翼主胶带机大巷位于二叠系上石盒子组含煤岩层，层位位于11-2煤底板，巷道顶板法距11-2煤9.7～51.2m。8煤层层位于巷道底板，巷道底板法距8m顶板34.9～58m。预计巷道岩性主要为细纱岩。
原支护方式为锚网索喷+36U型棚支护。锚杆采用Ф22×2500mm高强锚杆，间排距为800×800mm；钢筋网为φ6.5×1750×930mm，网孔为100×100mm，锚索规格Φ21.8mm×7300mm，间排距：1800*2400mm，每排5根。喷砼厚度70mm，砼强度C20。架棚+锚索支护： 36U型棚规格：净宽×净高=5000×4140mm。棚距600mm。巷道支护见图1.2。
2 锚注加固设计方案
潘一矿东区采掘活动受深井高应力影响比较严重，巷道支护普遍困难，只有了解潘一矿东区巷道破坏变形的主要原因，进而设计合理锚注支护方案，才能对试验巷道进行高强锚注支护。
巷道所处的地应力场是导致巷道围岩变形破坏的最重要因素。由于埋深较大，作用于巷道围岩的垂直应力和水平应力本来就比较大, 而邻近巷道开拓形成的应力集中更进一步加大了作用在巷道围岩和支护体上的载荷。导致巷道失稳，松动圈扩大，承载力下降，根据在-848西翼主胶带机大巷窥镜观测，围岩离层裂隙破坏深度达6m。
-848西翼主胶带机大巷锚注加固支护设计方案如下：
图1.4 -848西翼主胶带机大巷锚注段锚索布置俯视图
-848胶带大巷为验证锚注支护效果，选定采用同原支护锚索长度相同的中空锚注锚索进行支护，支护参数改为顶板及肩窝打设5根中空锚注锚索，呈放射形布置，锚索型号为?22×7300mm，间距1600mm，排距1800mm，锚索钻孔孔径?32mm，打孔深度为7000mm，每孔各放一卷K2350和一卷Z2350锚固剂。
巷道两帮各打设1根中空锚注锚索，锚索型号为?22×7300mm，帮锚索与底板距离1100mm，排距1800mm，锚索钻孔孔径?32mm，打孔深度为7000mm，每孔各放一卷K2350和一卷Z2350锚固剂，锚索设计按垂直巷帮布置，但考虑到两帮打深孔有一定难度，现场打设钻孔时，允许与水平呈10°角上扬或10°角下扎。
3 锚注加固施工
-848主胶带机大巷按设计方案为全断面打设7根中空注浆锚索，试验巷道长度约为75米，共计打设了150颗注浆锚索，在注浆时，因为顶板破碎严重，注浆时漏浆，为保证注浆效果，决定先行对巷道进行喷浆后再进行注浆。
由于预先已对巷道进行了喷浆处理，在注浆过程中大大降低了漏浆情况的发生，注浆效果比较明显，注浆按照水灰比为1:1.5调配，同时按照水泥量8%添加水泥添加剂，提高浆液强度和凝固时间。
由于-848西翼主胶带机大巷为新掘巷道，围岩裂隙发育不完全，注浆量相对较少，每颗锚索注入水泥约5.5袋，注满时，注浆压力约在10MPa左右。
同时对中空注浆锚索浆液扩散范围进行了研究，将37#至49#锚索未进行封孔张拉安装，这样可以保证浆液扩散时，通过37#至49#共计15个锚索孔是否出现漏浆来初步研究判断浆液的扩散范围。具体操作顺序如下：
进行注浆时，39#锚索已经封好孔，37#、38#、40#～49#锚索均未封孔、张拉安装。注浆时，首先对39#锚索进行注浆，注入一定量水泥后，42#锚索出现漏浆，然后对42#锚索进行封孔、张拉安装，继续对39#锚索注浆，注入一定量水泥后，45#锚索孔漏浆，再次对45#锚索封孔、张拉安装后，仍对39#锚索注浆，48#锚索又开始漏浆，重复上述操作流程后，51#锚索漏浆，其余40#、41#、43#、44#、46#、47#、49#、50#均未出现漏浆。
然后对38#锚索进行封孔、张拉安装、注浆，仍采用上述流程操作，发现漏浆顺序分别为41#→44#→47#→50#，其余40#、42#、43#、45#、46#、48#、49#锚索无论是封孔还是未封孔，均未出现漏浆；
对37#锚索注浆，发现水泥浆液也是沿40#→43#→46#→49#顺序漏浆。浆液的扩散途径是分别沿左帮、右帮、顶板纵向传播，见图1.5。
图1.5 浆液扩散路径示意图
4 锚注加固效果观测与分析
4.1锚注加固段围岩变形观测与对比
在锚注加固段和未锚注加固段分别安设1组围岩变形观测站，采集巷道变形量数据结果，用于对比、验证锚注支护效果及根据观测结果及时修改锚注支护参数。每组综合观测站分别安装3套声波探头多点位移计，用于采集顶板下沉量及两帮位移量。围岩变形观测站安装示意图见图1.6。
未锚注加固支护 锚注加固支护
图1.7 顶板多点位移计观测结果
由图可以看出，原支护方案顶板最大下沉量达到近60mm，离层部位处于顶板3.0m范围内，出现多段离层区域，分布范围较大，而且巷道仍未稳定，仍在继续破坏。经过锚注支护后，锚注范围内围岩几乎不再变形，在顶板2m范围内变形范围不到3mm，围岩达到稳定状态。
从两组观测站右帮围岩变形观测结果来看，见图1.8。
未锚注加固支护 锚注加固支护
图1.9左帮多点位移计观测结果
原支护方案中，由于未进行锚注支护，左帮围岩偏移量最大达到45mm，主要离层部位处于2.5m处和3.5m处，而且巷道仍未稳定，仍在继续破坏。经过锚注支护，围岩变形量明显降低。
综上所述可以看出，采用锚注支护后，巷道顶板及两肩窝变形量最大约为1～3mm，巷道基本未发生变形，锚注支护取得了很好的支护效果。
1.4.2钻孔窥视观测与对比
-848西翼主胶带机大巷试验巷道自施工以来，分别在锚注试验段和未锚注段各设一个地点共6个钻孔进行了电子窥镜观测，获得2个窥镜观测视频，43张主要破碎、离层、裂隙段电子照片，现节选部分图片分别介绍如下：
①注支护段顶板2.5m处裂隙填充 ②锚注支护段帮部1.6m处裂隙填充
图1.11 锚注支护巷道肩窝注浆后裂隙充填效果
由图1.10至图1.11可以看出，通过锚注支护，可以有效充填裂隙，将破碎围岩胶结成一个整体，提高围岩自身稳定性，锚注支护取得了很好的支护效果。
5 小结
潘一矿东区巷道埋深大，地压大，巷道受到高水平应力的持续作用，造成巷道变形严重，支护难度很大，巷道掘进过程中, U型棚受挤压变形严重，失去支护效用，底臌严重，后期打设的加固锚索也出现断裂，经常是前掘后修，维护工作量大，费用极高，给安全生产带来很大的被动。
改变-848西翼主胶带机大巷原有支护方式，采用锚注锚索进行高强锚注支护，在潘一矿东区取得了重大成果：
（1）锚注支护解决了潘一矿东区在巷道掘进过程中支护难度大，支护强度低的难题，增强了支护体自我承载能力，变原先U型棚的被动支护为主动支护，减少巷道翻修次数，取得了良好的经济效益和技术效益。
（2）探索注浆时浆液扩散规律，对注浆时机选择有了整体把握，对锚注加固合理参数进行现场试验研究。研究浆液浓度（水灰比）、注浆压力、扩散半径与支护效果之间的关系，为下一步推广应用打下了良好基础，积累了经验。
（3）利用高清数字钻孔窥视仪、声波探头多点位移计等矿压观测手段对潘一矿东区试验研究巷道周围应力环境、围岩物理力学性质、围岩裂隙发育程度进行研究。通过钻孔窥视观测，-848西翼主胶带机大巷围岩裂隙由于水泥浆液填充效应，强度明显提高，注浆效果良好。矿压观测结果来看，在未进行锚注支护的情况下，巷道顶板、左帮、右帮变形量分别达到60mm、45mm、55mm；进行锚注支护后，巷道围顶板、左帮、右帮围岩变形量均不超过3mm，锚注支护效果良好，巷道稳定性得到很大提高。
（4）锚注锚索应用后效果表明（见图1.12），锚注锚索能明显改善巷道应力环境，提高巷道稳定性，为埋深大、应力高、支护难度大的巷道支护问题提供新的支护方式。
图1.12 -848西翼主胶带机大巷锚注支护效果图
参考文献
[1]深井巷道支护技术[J].马开春.煤矿安全.2011(08)
[2]锚注支护技术在林南仓矿的研究与应用[J].王永瑞,和树栋.煤炭工程.2013(10)
[3]软岩巷道锚注支护技术[J].王锁.四川建材.2015(05)
论文作者:程伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/15
标签：巷道论文; 围岩论文; 顶板论文; 东区论文; 注浆论文; 浆液论文; 应力论文; 《建筑学研究前沿》2017年第17期论文;