关于对深井软岩巷道支护与加固的探讨

【摘要】本文对深井巷道变形特征以及深井软岩巷道支护的基本原则进行了分析，通过对深井软岩巷道的支护方法及深井软岩巷道的加固技术的探讨，提出了最佳的延长深井软岩巷道的服务年限的方法。

【关键词】深部巷道软岩支护加固技术

煤炭资源开发由浅部向深部发展是现实而客观的要求。煤炭科学技术的发展，更进一步加速了矿井深度的增加。深部开采面临着高温高压和强烈的开采扰动和地应力，这决定了深部矿井会遇到一系列动力灾害，包括冲击矿压、煤岩与瓦斯突出、瓦斯爆炸矿井突水、矿压显现剧烈、巷道围岩大变形、冒顶片帮等灾害，因此，深部开采首要的、关键的问题是要解决深部巷道支护问题。

一、深井巷道变形规律与特征根据有关统计分析，当围岩单轴抗压强度在４０～６０Ｍ。

ａ的中硬岩中，断面在１２～２０ｍ２条件下的拱形巷道，采用常规的锚、网、喷支护形式：即锚杆直径为１６～１８ｍｍ、长度为１８００～２０００ｍｍ的ＭＳＧＬＷ－３３５无纵肋螺纹钢树脂锚杆，间排距８００×８００（ｍｍ）；直径４ｍｍ的钢筋制网，网格１００×１００（ｍｍ）；喷射１００ｍｍ厚的Ｃ２０混凝土的支护结构形式时，巷道埋深与变形情况如下：１．埋深小于４００ｍ时，巷道基本稳定。使用一年后，局部有微小裂缝，位移量一般不大于２

０ｍｍ，不影响使用。但遇断层破碎带、水平应力大于垂直应力或受采动影响的地段出现变形、破坏，需要修复。除个别破碎岩层、破碎带外，一般不需修复或加固。

２．当埋深在４００～６００ｍ之间时，两帮底部开裂，位移量一般３０～５０ｍｍ，有少量底臌，沿拱顶或两肩呈片状或条带形剥落，局部冒落露出原岩。破坏量约占２０～３０％，需修复。修复方式一般采用清除破坏部位，补打锚杆、挂网喷浆。对压力大的地段应注浆加固。

３．当埋深在６００～８００ｍ之间时，巷道出现底臌、底脚内移，水沟挤裂，巷道顶部两肩部开裂，__________甚至冒落。一般３０～５０％的巷道需要返修。

否则难以正常使用。此类巷道需要对支护结构、支护参数进行调整，应加锚索、锚梁或配合注浆加固。

４．当埋深大于８００ｍ时，上述支护结构很难有效，应加强矿压观测、地应力测试等研究工作，及时调整支护参数、结构形式，改进工艺过程。

对应此类巷道，需进行专项研究，预防在前。巷道变形大时及时调整支护设计或采用高强预应力锚杆、锚索、注浆锚杆延后加固。

二、深部巷道支护原则１．增强围岩的约束能力，破碎区向纵深发展。解决问题最直接的手段就是增加支护体强度，防止危岩出现，即使出现危岩也能形成较大的破碎区。在支护手段上比较有效的方法是采用高强度锚杆、锚索、网、梁联合支护，进一步改善围

岩力学性能，增强围岩约束力。

２．注浆改善围岩力学性能，同时改善锚杆锚固基础。深井巷道由于埋深大，水平应力和垂直应力均比较高，围岩的承载能力难以抗拒高应力的影响，因此，通过注浆加固，提高围岩的整体性和自身承载能力。

使整个加固的岩体能有效地同锚杆有机地结合为一个整体，从而提高破碎围岩中的锚杆锚固力，从而能够适应围岩的较大变形。

３．适时进行二次支护。深井巷道的力学特性要求支护体初期具有可缩性，既要求具有柔性，而在后期又要求具有相当高的强度和刚度。表现在生产实践中就是仅靠一次支护往往是不够的，巷道还会遭到破坏，因此进行适时的二次支护具有重要作用。巷道开挖进行一次支护后，要不断地对巷道进行变形量观测，两帮及顶底板变形量超过允许值时，我们要进行二次支护，二次支护主要是重新打眼注浆，加固围岩，使降低的围岩承载能力重新得到加强，然后视具体情况补打高强度锚杆、锚索加强支护。

从而达到适应深部围岩变形规律，改善支护体结构的目的。 三、深井巷道支护与加固技术１．支护方式。根据上述支护原则对深井软岩巷道支护主要采用以下方式：（１）锚喷网支护。锚喷网支护系列是目前软岩巷道有效、实用的支护形式。锚喷混凝土能及时封闭围岩和隔离水。网不仅可以支撑锚杆之间围岩，并将单个锚杆连接成锚杆群和混凝土形成有一定柔性的薄壁钢筋混凝土支护圈。而且锚网支护允许围岩有一定的变形，支护性能符合对软岩一次支护的要

求。根据围岩条件也可不喷射混凝土，仅选用锚网、桁架锚网、钢带锚网支护，也可二次喷射混凝土支护。

（２）可缩性金属支架。在深部巷道中由于顶板压力过大要求支架具有一定的伸缩性能，Ｕ型钢可缩性金属支架具有可缩量和承载能力在结构上的可调节性，通过构件间可缩和弹性变形调节围岩应力。在支架变形和收缩过程中，保持对围岩的支护阻力，促进围岩应力趋于平衡状态。孤板支护在深井软岩巷道中可使用断面为圆形且可伸缩的碹体支护，能防止水的侵蚀和风化，可有效的控制低谷。孤板支架利用高强度混凝土施工技术组成全断面密封，密集连续式的高强度钢筋混凝土板块结构巷道支架。（３）锚注支护。利用锚杆兼做注浆管，实现锚注一体化，是深井软岩支护的一个新途径。对于节理裂隙发育的岩体，注浆可改变围岩的松散结构，提高粘结力和内摩擦角，封闭裂隙，显著提高岩体强度。采用锚杆与注浆相结合的方法，使锚杆和注浆的作用在各自使用的范围内得到充分发挥，可提高对深井软岩的支护效果。

２．加固技术。

２．１巷道围岩注浆加固技术。（１）注浆加固材料。选用ＺＫＤ高水速凝材料，不仅能及时有效地固结破碎岩体，而且能适应围岩的较大变形。（２）注浆加固工艺。①注浆系统选择。考虑井下施工条件，选择双液注浆系统。②注浆时机的选择。及时注浆能使围岩保持较高的承载能力，有效约束围岩变形。根据巷道的变形一般规律，掘后２～３天内其变形量为５％～１５％，如此时注浆其后续变

形将由于围岩被加固而受到有效控制，故注浆越及时，控制效果越好。但新掘出巷道围岩破坏较小，强度相对较高，要求固结裂隙的浆液固结体及粘结强度相对较高，渗透性能相对要强，同时还应有较大的变形能力以适应围岩在整个服务期内（包括采动影响期）的变形量。考虑到浆液固结的岩体强度，裂隙的发育程度，所须控制的围岩变形量及注浆工艺等因素，从注浆作业方便和尽量发挥注浆加固的作用出发，注浆加固可在掘进后１个月左右进行。③注浆孔深度。由于注浆对裂隙宽度有一定要求，而围岩裂隙宽度由外往里逐渐变小，一般地注浆孔深度应小于裂隙发育围岩深度，因此，根据裂隙发育的经验公式计算出注浆孔深度取４ｍ。

④注浆孔布置。巷道两帮、底角围岩是巷道受力最大的部位之一，是注浆加固主要部位，注浆孔间距可为１．２ｍ，排距为１．４ｍ。⑤注浆压力。

注浆终压控制在１～３Ｍ。

ａ之间。注满后，浆液停止不动，保持终压不变，维持１～３ｍｉｎ，以保证注浆充填程度和密实性。

２．２巷道技术加厚充填。（１）围岩的载荷通过充填层均匀的传递给支架，使支架沿周边承受均布载荷。根据理论及实践，对支架实施架后充填后，支护强度提高１０－１５倍以上。现场应用实测表明，对Ｕ型钢金属支架实施架后充填后，整架能力由４００ＫＮ提高到了２５００ＫＮ，提高了３－５倍。（２）及时对架后空间用非膨胀性材料进行充填，可起到封闭围岩的作用，使围岩与矿井空气隔离，

阻止围岩的风化合吸水软化。

对于深部巷道膨胀性软岩尤为重要。（３）支架提供的支撑力与围岩变形同时出现，可及时抑制围岩变形，改变支架被冻承载情况。（４）如果架后充填材料具有一定的可缩性，围岩应力从新分布时所释放的变形能可部分的为充填层所吸收，降低支架所承受的压力。

四、结语１．按上述支护原则，可以取得理想的支护效果，巷道变形量得到了有效控制。该支护原则对深井巷道具有指导作用。

２．对于深井软岩巷道，简单的或单一的支护形式不能有效地控制巷道围岩的稳定，必须采用多种支护形式相结合，并在恰当时间进行二次补强支护才能确保巷道在服务期内保持稳定。

３．底角注浆对控制底鼓有明显作用，其机理为阻止两帮下部的岩体在高应力状态下，向底板的中部流动，减少对底板的挤压，从而减少底鼓量。

４．尽可能提高锚杆、锚索的预紧力，使围岩的受力状态由二向受力向三向受力状态转化，这是解决巷道围岩约束能力差的有效手段，在深井高应力巷道围岩支护中应积极应用。

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