礦山大變形跨采巷道斷面控制技術研究

王修敏

（徐州礦務集團張雙樓煤礦，江蘇 徐州 221616）

礦山巷道受到采動影響后，巷道圍巖發生變形的情況較為普遍，尤其對于膨脹性軟巖，其遇水易膨脹、擴容，加劇了巷道圍巖的變形破壞，給頂板管理和巷道支護帶來許多困難。張雙樓煤礦-500大巷位于9200工作面的正下方，最小垂距不足20m，在9200工作面回采期間，-500大巷經受劇烈的采動影響；同時，-500大巷自身圍巖條件差，巖性主要為軟弱泥巖，在地下水的影響下易發生膨脹，底鼓量較大。如能解決礦山大變形跨采軟巖巷道支護的難題，釋放大巷周邊礦柱產能，將大大提高礦產資源的回收率，延長老礦井的服務年限。

1 -500大巷回采前斷面控制方式

9200工作面與-500西大巷揭發17.4～26.2m，9200工作面跨大巷回采前，采取傳統的錨、網、梁、索、噴聯合支護對大巷進行了整體加固。

2 -500大巷修復支護方案

2.1 分段控制方案

根據-500大巷工程地質條件及巷道不同位置實際變形破壞情況，設計優先修復變形破壞較嚴重段以滿足行車等基本要求，再對變形量較小段巷道進行補強支護。

2.2 變形破壞較嚴重段

2.2.1 巷道右側

由于原水溝設計在右側（為方便描述，規定原水溝側為右側），在地下水的長期影響下，巷道右側變形更為嚴重，幫部開裂嚴重，頂板也有一定的下沉，水溝也已嚴重破壞，巷道圍巖松散破碎，導致錨桿缺少著力點，錨固力失效，巷道整體變形量較大，特優先對破壞較嚴重段巷道右側進行修復，具體修復措施是：

對右側巷道幫部和頂板進行擴刷，斷面達到設計要求，然后對巷道右側斷面進行“螺紋鋼錨桿+網+索+噴+螺紋鋼注漿錨桿”聯合支護，螺紋鋼錨桿Φ22×2400mm，間排距800×800mm；錨索Φ18.9×6250mm，間排距1600×1600mm；注漿錨桿采用Φ25×2500mm螺紋鋼注漿錨桿，間排距1200×1200mm，其中底角注漿錨桿距礦山巷道底板高度為200mm，角度下扎30°；螺紋鋼錨桿和注漿錨桿在橫向均采用鋼筋梯子梁連接，距巷道底板最近處和拱頂處螺紋鋼錨桿和注漿錨桿在縱向均采用M型鋼帶連接；噴射砼強度C20，混凝土原料配比為：水泥:黃沙:石子=1:2:2，噴漿后要及時進行灑水養護。具體見圖1。

具體施工工藝流程為：

擴刷巷道右側→施工右側頂幫螺紋鋼錨桿孔→安裝錨桿→打錨索眼→安裝錨索→初噴30～50mm厚混凝土→打注漿錨桿孔→安裝注漿錨桿→注注漿錨桿（先底角再幫部后拱頂）→上鋼筋梯子梁、M型鋼帶及托盤螺母→復噴30～50mm厚混凝土→復注（根據觀測結果確定是否復注及復注位置）。

水溝的處理措施：可先將水溝臨時性移到左側，待右側巷道注漿完成并在底角處砌新水溝后，再將水重新引到新水溝。

2.2.2 巷道左側

待巷道右側修復后，再對巷道左側進行修復，具體措施與右側一致。巷道斷面支護設計見圖1。

圖1 礦山變形量較大段巷道斷面整體控制方案設計圖

2.3 變形量較小段

對于變形量較小段巷道，巷道斷面基本滿足設計要求，只需局部臥底整修、幫部擴刷，再對礦山巷道斷面進行噴漿以封閉圍巖，在此基礎上進行錨注支護，以提高圍巖完整性，保證巷道的長期穩定性。注漿及支護用料同2.2中所述。支護斷面見圖2。

圖2 變形量較小段巷道斷面整體控制方案設計圖

3 支護施工參數設計

3.1 錨桿、錨索支護參數

錨桿采用Φ22×2400mm的螺紋鋼錨桿，每孔采用兩節Z2550樹脂藥卷加長錨固，錨桿預緊力不小于300N.m，錨固力不小于80kN；間排距800×800mm。錨索采用Φ18.9×6250mm的預應力錨索，錨固劑根據端錨和全錨分MSK2550、MSZ2550錨固劑以及全長錨固劑（RBA380）兩種，錨固力不小于200kN。

3.2 注漿錨注支護參數

注漿用錨桿選取中空螺紋鋼注漿錨桿，規格為Φ25×2500mm，桿體上鉆有Φ6mm注漿孔，其結構如圖3所示，桿尾砸扁，采用快硬水泥藥卷封孔。

圖3 注漿錨桿結構圖

3.3 護表構件

錨桿配件：采用高強錨桿螺母M24×3，配合高強托板調心球墊和尼龍墊圈，托盤采用拱型高強度托盤，承載能力不低于40t。

鋼筋網：鋼筋網使用Φ6mm盤圓條，網格尺寸以120×120mm，網格均勻。M型鋼帶規格為寬度140mm，厚度4.2mm。

3.4 注漿參數

3.4.1 水灰比

注漿材料選取原則：漿液的結石體最終強度高；漿液結石率高，與巖體具有良好的粘附性；漿液流動性好，配比易調；漿液具有足夠的穩定性；漿液成本低廉無毒無味。故注漿材料采用普通硅酸鹽水泥，水泥采用425#普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比為0.6:1～0.8:1，為了增加水泥漿液的和易性、流動性、微膨脹性，提高水泥漿液的結石率和錨注巖體的強度，采用ACZ-1添加劑，用量為水泥重量的4%。

漿液配合比如表1所示。

表1 水泥添加劑單液漿配制表

3.4.2 注漿量

由于圍巖裂隙的不均勻性和巖性差異，注漿時圍巖吸漿量差別較大，為實現既能有效加固圍巖達到一定擴散半徑，又能節省注漿材料和注漿時間的目標，為保證科學的注漿量，一是控制泵壓，對于單孔注漿錨桿而言，在圍巖內泵壓達到3.0MPa時停止注漿；二是當相鄰鉆孔一旦跑漿就停止注漿。另外，部分區域采取插孔復注來保證注漿質量。

3.4.3 注漿壓力

根據現場試驗，注漿錨桿的注漿壓力取為2.0～3.0MPa。

3.4.4 注漿時間

為防止注漿在弱面漿液擴散較遠，造成跑漏現象，在控制注漿量和注漿壓力的同時，必須控制注漿時間，現場經驗，對于單孔注漿錨桿及注漿管的注漿時間取為200～400s。

4 應用效果

9200工作面2019年3月回采結束，-500西大巷自同年8月份開始修復，支護方案多次更改最終確定了錨注支護方案，現該工程已完工，-500大巷已正常投入使用?，F場實踐證明，該方案避免了傳統支護條件下巷道礦山掘進后修、多次翻修的被動局面，安全與經濟效益十分顯著。

5 結論

采用注漿錨桿（索）及選擇合理的護表構件組成的允許一定變形量的柔性、剛性相結合的支護體系，使巷道圍巖塑性變形和支護強度耦合，達到限制圍巖產生有害變形損傷的目的，實現一體化、荷載均勻，達到大變形跨采軟巖巷道的穩定。