软岩巷道变形破坏特征及锚注一体化支护技术

衡长生

陕西旬邑青岗坪矿业有限公司 陕西省 咸阳市 711300

摘要：软岩类，巷道穿层，完整性差，围岩强度低，遇水易软化；软弱岩层在高量值水平主应力作用下发生大范围、持续性的破坏和变形是导致巷道围岩破坏难以控制的主要原因。本文对软岩巷道变形破坏特征及锚注一体化支护技术进行分析，以供参考。

关键词：软岩巷道;巷道变形;锚注一体化;

引言

我国煤矿进入深部开采后面临着愈加复杂的开采条件，需要解决的生产难题愈加棘手，其中软岩巷道支护一直是矿井生产工作中的重难点问题。煤系地层以沉积岩为主，围岩属性包含砂岩、泥岩、砂岩砂质泥岩等，巷道需布置在泥岩等软弱岩层当中，但受采掘扰动影响软岩巷道易发生显著变形，常常需要经历多次返修以控制巷道断面尺寸，严重影响采面正常回采工作，亟需提出有效的变形控制措施。

1地质条件

新窑煤矿4506上顺槽车场掘进沿煤5层底板穿层进入煤5层中，留设1m底煤，掘进过程中煤层厚度稳定，无地质构造，巷道标高+810m，埋深580m。（1）煤5层情况。煤5层位于延安组第一段（I旋迴）（J2y1）中上部，平均厚度13.29m，个别含矸石2-5层，矸石岩性以灰黑色泥岩为主，厚度在0-1.09m之间，夹矸平均厚度为0.3m，含矸率仅为2%。（2）煤5层顶板。煤层顶板多为煤4-2层的直接底板，以中厚层状劣质油页岩为主，其厚度在2.86-7.1m之间，平均厚度4.34m，占62%；少量为黑色泥岩或砂质泥岩顶板，平均厚度2.49m，占38%。（3）煤5层底板。底板以灰黑色泥岩为主，厚度在0.25-5.90m之间，平均厚度为1.92m；少量为各颗粒级厚层砂岩，个别为炭质泥岩。煤5层与下伏局部可采煤6-1层的层间距在1.37-7.49m之间，平均层间距为3.97m，其层间距井田南部较大，向北部逐渐变小。（4）单轴抗压强度。中侏罗统（J2）泥质岩和砂质岩呈厚层状互层分布，各单层岩体较完成，节理、裂隙不甚发育。统计显示砂质岩单轴饱和抗压强度在5-15.0MPa之间，属软岩类；泥质岩单轴矿压强度一般为3.0-5.0MPa，较松散，遇水易膨胀，属极软岩类。

2软岩巷道主动式围岩加固技术

①提高围岩强度。巷道受重复扰动作用变形破坏，围岩结构完整和力学性能均被弱化，采用注浆锚索支护可加强巷道围岩整体的刚度和抗剪强度，改善围岩的抗变形能力，保证重复扰动下巷道围岩的稳定。②浆液黏结围岩裂隙。注浆锚索的注浆浆液可对采动裂隙及破碎岩体进行有效黏结，还可将巷道掘进前岩体内原生裂隙封堵，提升巷道围岩整体性承载能力。③减小围岩松动圈。巷道围岩承受的集中应力超过其承载能力发生变形破坏，形成围岩松动圈，通过注浆加固巷道围岩，可提升巷道浅部围岩承载能力，减小围岩松动圈的范围，增强巷道承载结构的稳定性。④防止岩层风化。注浆液充满岩层裂隙后，可将裂隙中附存的空气和水排出，隔绝内部岩体同外界的环境接触，可有效抑制巷道围岩内部发生风化破坏。⑤变被动支护为主动支护。同普通的锚杆索支护相比，注浆锚索在可施加预紧力的基础上还能够对围岩注浆加固，将围岩自身承载能力作为支护系统的一部分，使其与原岩形成一个整体，以实现主动支护效果，巷道结构板稳定且不易被破坏。

3.4506上顺槽车场变形破坏特征

3.1膨胀破坏

砂质泥岩中含有大量遇水膨胀的成分，巷道掘进后应力重新分布，裂隙进一步发育，导致巷道与水接触。围岩遇水膨胀，强度降低，从而产生膨胀性破坏，进而导致巷道向内收敛，断面变小，锚喷网支护的喷网层产生破坏，外部喷层受岩壁挤压影响从岩壁剥离。

3.2原支护方式与围岩变形特征不匹配

4506上顺槽车场原支护采用的为锚网喷支护，锚杆尺寸为Ø22mm×2800mm等强树脂锚杆，端头锚固型。从支护机理而言，该类型锚杆与巷道围岩的破碎软弱特性不相匹配，特别是当围岩变形量高于400mm时锚杆就会失去锚固力。而当个别锚杆失去锚固力时就会使支护跨度增大，进而导致周边锚杆受力增加并破坏，进而导致该区域围岩变形加剧，并最终造成巷道整体支护系统的毁灭性破坏。

4围岩控制技术

预紧力是锚杆支护系统的决定性参数，增加锚杆预紧力能有效增大巷道围岩压应力场应力值及扩散范围；锚杆长度的选择应充分考虑锚杆预应力、巷道围岩破碎程度与可锚性；对于相同锚杆材料，直径越大强度越高，预应力扩散范围越大；锚杆垂直于岩面布置时，巷道围岩形成的压应力区分布更加均匀，锚杆预应力叠加效果更好。研究表明，当锚杆预紧力达到杆体屈服强度的３０％～５０％时，可以保证预应力的有效扩散。4506上顺槽车场原先支护中所用锚杆的扭矩为１５０Ｎ·ｍ，即预紧力为２５ｋＮ，仅为杆体屈服强度的２０％，明显偏小，主动支护作用不能充分发挥。为此，改用高强度螺纹锚杆进行支护，并将扭矩提高到３００Ｎ·ｍ，使得锚杆预应力得以有效扩散，保证支护的有效性。

5高强锚注一体化支护技术应用

45060上顺槽车场按设计断面扩修后，分别选取两段各30m长巷道进行锚喷支护和高强锚注一体化支护的对比试验，如果锚注一体化效果明显，则对全巷采取锚注施工。根据数值模拟的结果，高强锚注一体化支护主要分3个阶段:①采用锚网喷支护，选用Ø20mm×2800mm高强树脂锚杆，间排距为700mm×700mm，采用2900mm×900mm的Ø4mm钢筋网护表，对扩帮刷顶后的巷道进行喷浆，初喷厚度不低于100mm，强度C20;②采用锚注一体化支护，对巷道进行二次补强加固。采用Ø25mm×2600mm中空注浆锚杆和Ø22mm×7300mm中空注浆锚索对围岩进行注浆永久支护，间排距为1400mm×700mm，注浆锚杆与注浆锚索位于高强树脂锚杆排距中间交替布置。中空注浆锚杆预紧力不低于180kN，中空注浆锚索张拉预紧力不低于120kN，采用2900mm×900mm的Ø4mm钢筋网护表，复喷喷浆厚度不低于50mm，强度C20。注浆材料为P.O42.5水泥浆液，注浆水灰比为1∶2，并添加8%(质量比)ACZ－I型水泥注浆添加剂，注浆压力顶板及两帮控制在2～3MPa，底板控制在4～6MPa;二次注浆水灰比为1∶1，并添加8%(质量比)ACZ－I型水泥注浆添加剂，注浆压力控制在4～6MPa;③清理底板后采用混凝土层封闭底板。底板采用Ø25mm×2600mm中空注浆锚杆，间排距为1000mm×700mm，待施工完成后对底板打地坪，混凝土厚度300mm，强度C30。

结束语

综上所述，（1）4506上顺槽车场围岩变形特征为早期变形速度快、变形量大，且围岩呈不对称变形，煤柱帮的变形程度明显大于煤壁帮。（2）影响4506上顺槽车场巷道围岩变形破坏的主要因素为：巷道的埋深大、应力高、围岩强度低及原支护参数不合理。（3）基于围岩变形特征及影响因素，提出了围岩控制方案并应用于现场，结果表明：围岩变形量大幅降低，取得了良好的控制效果。

参考文献

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