万 杰
淮北矿业（集团）有限公司 青东煤业 安徽淮北 235000
摘要：基于青东矿东翼集中轨道石门的生产地质条件，分析了巷道围岩变形破坏原因，在此基础上提出了以“超前注浆+架喷注支护”为核心的巷道围岩高强稳定型支护思路及具体支护措施，并在青东矿东翼集中轨道石门进行了现场应用。现场支护效果表明，通过实施“超前注浆+架喷注支护”工艺，可有效提高巷道围岩体的完整性及强度，达到支护—围岩共同承载的目的，从而有效控制此类巷道围岩的强烈变形。
关键词：轨道石门；围岩控制；超前注浆；架注支护
0引言
淮北矿区含煤地层为石炭二叠系，煤系地层结构复杂，断层、褶曲发育，属典型的“三软”煤层，巷道水平构造应力约为垂直应力的2～3倍。目前，随着淮北矿区巷道开采深度的增加，巷道支护问题日益突出，几乎各个煤矿都存在着严重的复杂困难条件下巷道的维护问题，巷道围岩压力很大，围岩变形破坏非常强烈，围岩稳定性差，巷道掘进和支护十分困难，而且巷道屡遭破坏，需经常翻修，严重影响矿井的安全生产。
1工程概况
青东矿五采区位于矿井东南部，东翼集中轨道石门为五采区的主要巷道，巷道埋深在600m以上，属于深部围岩巷道。东翼集中轨道石门由8煤底板，依次穿过8煤和7煤，并过渡到7煤顶板。煤层群赋存条件复杂，巷道围岩强度较低，节理裂隙发育，水平层理突出，滑面发育。再加上临近BF2大断层构造，巷道围岩稳定性降低，对支护的要求较高，不利于巷道的掘进和支护。
2巷道围岩高强稳定型支护技术思路
在对此类巷道的围岩条件和变形情况进行深入研究的基础上，针对东翼集中石门穿煤层群段煤岩体表现出极为松散破碎、围岩强度低、易流变的特点以及断层构造带围岩压力大、矿压显现强烈的特点，掌握巷道围岩的移动变形特征，总结并利用此类巷道的矿压显现规律，对受大断层构造强烈影响的东翼集中轨道石门穿煤层群段提出“超前注浆+架喷注支护”技术[1-3]，其核心如下：
(1)采用超前预注浆固化迎头前方顶板煤岩，确保穿煤期间巷道的安全施工。
(2)架设U型可缩性钢棚，小循环及时支护松散围岩，发挥钢棚的径向约束作用，形成刚性承载壳基础支护，随围岩收缩U型钢棚继续让压收缩，始终保持软岩破碎巷道围岩承载壳的存在。
(3)对围岩实施注浆加固，对松散破碎岩体实施胶结，以便提高巷道围岩体的完整性及强度。
通过采用以上技术措施，在保证支护承载结构整体稳定的前提下，实现支护-围岩共同承载的目的，从而有效控制此类巷道围岩的强烈变形。
3超前注浆
岩层内部注浆，围岩注浆加固是利用浆液把围岩的各种弱面充实，并把弱面、充填体和四周岩体重新胶结起来形成完整岩体，从而提高围岩的整体稳定性及其力学性能，改善围岩的物理性能，提高围岩自身的承载能力；在围岩裂隙发育时可以及时封堵围岩裂隙，使围岩失去涌水通道，消除或降低水对围岩力学性质的影响，防止软岩进入流变期，在控制软岩流变变形中具有决定作用。
在巷道轮廓线拱顶部位布置一排超前预注浆锚杆，规格为Φ22L3300mm，间距300mm，角度+20°～30°。掘进前注水泥浆将工作面迎头待掘3000mm进行超前加固。注浆加固完成后，然后采用综掘机截割方式进行掘进。每次掘进600mm进行一次永久支护，每次掘进2400 mm进行一次超前注浆加固。
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4巷道支护设计
(1)采用具备高阻可缩特性的U型钢棚作为基本支护，支架由U36型钢加工而成，净尺寸为净宽×净高=5250×4100mm。棚距600?mm，外扎角 8°，支架结构选用五节拱形式，每处搭接段长度450?mm。支架连接件要求选用3副U36双槽形夹板卡缆，2副上、下限位卡缆，1副普通夹板卡缆，需对卡缆进行热处理，增强其刚度，提高支架的整架性能。卡缆螺母预紧力矩不得低于300?N?m。为提高U 型钢支架护表性能，支架壁后配合使用Φ6?mm圆钢加工、网孔大小为100?mm×100?mm 的高强钢筋网，在钢筋网外面铺设塑料双抗网，用细铁丝将其与钢筋网系在一起。通过铺设钢筋网+双抗网防护层，提高U型钢支架的护表性能，防止支架间破碎围岩冒落。
(2)每棚棚腿打设2根锚杆配U36型钢平卡锁腿，锚杆型号为Φ22×2400mm高强锚杆，帮部为岩石时锚杆扭矩不小于300N·m，帮部为煤时锚杆扭矩不小于200N·m。锁腿锚杆布置在1m腰线下200mm。
(3)全断面喷浆支护，提高U型钢棚整体承载性能，同时为注浆加固创造条件。喷射混凝土厚100 mm(以露出钢棚连接板为准)，标号C20，混凝土配比为水泥∶砂∶石子=1∶2∶2。
(4)巷道全断面采用Φ20L2400?mm注浆锚杆，间排距1200×1200?mm，注浆锚杆与U型钢棚错开半排布置。注浆锚杆密封采用圆环体状快硬膨胀水泥药卷，规格为：内径Φ23?mm，外径Φ38?mm，长度250?mm，每根锚注锚杆用2支药卷。注浆材料选用32.5#矿渣水泥，水灰比为0.7～0.8（重量比），注浆压力为2~3MPa。
5巷道围岩支护效果观测
在进行巷道支护和加固的同时，设置必要的矿压观测点，进行必要的矿压观测。
6.1主要观测内容
(1)巷道围岩稳定性监测。要求每隔30～50?m设立一个观测断面，采用十字布点法建立表面位移监测站，监测围岩变形量。在顶底板中部垂直方向和两帮水平方向钻Φ28?mm、深350?mm的孔，埋入测点。顶板和上帮木桩端部安设弯形测钉，底板和下帮木桩端部安设平头测钉。两监测断面沿巷道轴向间隔30～50?m左右。
(2)施工质量监测。U型钢棚卡缆的预紧力矩、喷浆质量、注浆质量等。
(3)支护体工作性能检测。
6.2巷道变形情况
巷道掘出10天内围岩运动剧烈 ，两帮最大变形速度达到32 mm/d，顶板下沉最大速度达到15 mm/d， 11天以后，巷道围岩运动速度慢慢减小，并逐渐趋于稳定。经过5个多月，两帮最大移近量达到216 mm，顶板最大下沉量为120 mm，底臌量约为135 mm。
6结论
超前预注浆将松散破碎围岩胶结凝固，降低其松散流动性；及时采用被动形式的U型钢棚支护形成松散围岩巷道支护的刚性承载壳，利用U型钢棚的可缩性适当让压，转移巷道围岩碎胀变形压力，保护支护系统；在此基础上采用锁腿锚杆进行二次加固，通过高预紧力充分调动围岩的自稳能力，控制了侧压显现；最后在锚架之间进行注浆密实加固，保证了巷道的长期稳定。“超前注浆+架喷注支护”方式有效解决了石门穿煤层群的支护难题，改善了矿井安全环境，促进了矿井安全高效生产。
参考文献：
[1] 徐香庆，郭文喜.松软破碎围岩巷道注浆加固技术应用研究 [J].煤炭工程，2012(7):29-31.
[2] 钱鸣高，石平五. 矿山压力与岩层控制[M ].徐州:中国矿业大学出版社，2003.
[3] 陈炎光，陆士良.中国煤矿巷道围岩控制[M ].徐州:中国矿业大学出版社，1995.
作者简介：万杰（1984—），男，安徽淮南人，汉族，工程师，学士学位，现在青东煤业公司技术科从事掘进技术管理工作。
论文作者:万杰
论文发表刊物:《防护工程》2019年19期
论文发表时间:2020/3/3
标签：围岩论文; 巷道论文; 石门论文; 注浆论文; 型钢论文; 超前论文; 支架论文; 《防护工程》2019年19期论文;