深井软岩硐室围岩加固技术与应用
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摘要：针对煤矿深度的增加，矿山压力逐渐增大的情况，提出一种深部软岩硐室围岩加固技术方案，通过在新集一矿的实践应用，表明本加固技术能很好的适应深部软岩的各种变形特点，并对其加固机理进行分析，具有良好的经济效果，有一定的推广应用价值。
锚注支护我国原煤产量位于世界首位，但由于多年的开采，浅部易开采的煤炭资源日益减少，据统计表明中国立井开采深度正以每年8～12m的速度增加,东部矿井开采深度正以每年10～25m的速度发展,预计在未来20年内我国多数煤矿将进入到1000～1500m的深度。深井开采最突出的问题是地压大、地温高。本文对新集一矿深井软岩硐室巷道加固技术进行了实践证明，并取得了良好的技术经济效益。
1、工程概况
新集一矿隶属国投新集能源股份有限公司，位于安徽省淮南市凤台县新集镇，是一座大型现代化矿井。2011年计划商品煤产量在280万t，矿井服务年限60.1a。设计3个立井井筒，目前只有2个，新井筒正在建设中，井口设计标高＋20.000m，开采水平标高-450m，新井筒建设采用冻结法施工。新集一矿含煤地层为二叠系山西组和太原组，主采煤层平均埋深700～900m。井田内断层38条，落差大于20m的多达20条，背斜6组。井底车场及硐室处在6煤底板、泥岩中，岩性不均一，地质条件较复杂，岩体组分变化大，存在构造应力且巷道断面大。
2、支护方案及参数
2.1 井底车场巷道支护井底车场硐室等。断面都较大,相互影响,加大了巷道和硐室围岩中的应力集中,加大了作用在支护结构上的外荷载。故采用锚网喷一次支护，注浆二次支护方式。马头门、变电所及泵房等重要硐室加现浇钢筋混凝土联合支护。支护参数如下：(1)一次支护扩大断面，巷道每侧扩大100mm，拱顶扩大100mm；掘后先喷50mm混凝土，以封闭围岩；锚杆采用?22×2500mm高强让压可变形锚杆，底部1块速凝树脂锚固剂锚固，外部砂浆全长锚固，锚杆间排距800×800mm；锚杆托盘采用高强让压可变形锚杆配套托盘；金属网采用直径为6mm12#铁丝焊接的金属网；初喷砼厚度50mm，以封闭围岩；待挂网后再喷100mm厚混凝土，喷射砼强度等级C20；底板不稳定有底臌倾向时，采用锚杆注浆加固，锚杆采用直径22×1600mm高强度左旋螺纹锚杆，每断面5根，排距0.8m；注浆锚杆采用直径25×1400mm无缝钢管，每断面3根，排距1.6m与高强锚杆隔排交错布置。(2)待巷道稳定后(大约巷道施工15～20天后)实施锚注二次支护。注浆锚杆采用?25×2400mm无缝钢管制作，锚杆端部扭成S状，安装时用1块树脂锚固剂锚固，锚杆间排距1600×1600mm；锚杆托盘采用热轧扁钢；注浆采用单液水泥浆，水泥采用525#普通硅酸盐水泥，水灰比0.6m，掺水泥重量1.5%的UNF－4高效早强减水剂；注浆压力2MPa，瞬时压力＜3MPa。
2.2 副井马头门支护副井马头门属井下大断面重点工程，因马头门处于不稳定围岩中，马头门及连接部分采用高强度左旋锚杆＋锚索＋锚注＋喷射砼和浇灌钢筋砼联合支护体系加固。(1)高强让压可变形锚杆马头门断面大，受力条件因地处群峒之中而变得更恶劣，且受力变化大应力集中点多，因此锚杆选用?22×2500mm高强让压可变形锚杆；锚杆间距700～900mm；锚杆排距1600mm。(2)内注浆锚杆马头门连接部分宽≥5.0m时注浆锚杆选用?25冷轧无缝钢管，壁厚δ＝4～6mm，锚杆长度L＝2500mm，间距1600mm，每两根高强超长锚杆间装一根注浆锚杆，呈梅花形布置；锚杆排距1600mm。马头门及连接部分宽＜5m且＞4m 时，注浆锚杆选用=?25冷扎无缝钢管，壁厚δ＝4～6mm，锚杆长2000mm，间距1600mm，排距B=1600mm。注浆锚托盘采用热轧扁钢B=100， δ =12制作。(3)注浆锚索马头门浇筑混凝土后，在拱基线以上施以注浆锚索加固，注浆锚索规格马头门连接部分宽≥5.0m时选?17.8×8000mm；马头门及连接部分宽＜5m且＞4m 时选?17.8×6500mm；间排距2500×3000mm。
3、实践证明，通过采用锚杆注浆技术，目前井底车场除出现喷层开裂现象外，巷道断面基本保持完好，加固效果在岩层破碎巷道尤为明显。-700m水平中央泵房硐室出水处施以注浆以加固和堵水。现已达到砌碹永久支护的要求。由检测数据得知，巷道在施工后1～2月内变形基本保持稳定，在副井马头门处锚杆锚索发挥着重要的作用，其他处锚杆锚索均有较大的强度储备，能够满足后期各种巷道开挖造成的应力重分布的要求。
4、机理分析深井巷道具地压大、变形快，岩石自身承载能力低等特点，锚杆支护能狗很好解决这些问题，更加有效地提高了巷道的安全性，不仅缩短了工期，而且降低的经济成本。(1)锚杆支护不但起支护作用，而且在一定程度上提高了支护区域围岩的强度、弹性模量、粘聚力和内摩擦角等力学参数，改善了围岩的应力状态，增大围岩自身承载能力，更好的解决了软岩开采的问题。(2) 扩大断面二次支护其机理在于当初始压力大、变形量大时硬抗是困难的，第一次支护变形将卸掉部分应力，膨胀量将大幅减少。二次锚注支护，将阻止围岩继续变形，即所谓“先让后抗”机理，很好适应变形持续时间长的特点。及时喷射混凝土层能有效地防止围岩的风化，有利于巷道的稳定。(3)采用锚网锚杆支护技术，人工将破碎带锁固成整体，形成一个再生自然拱，保证了围岩的整体性和稳定性。采用注浆技术，能够有效地阻止水的渗透，防止软岩遇水软化，使巷道变形减少，节省了人力、物力，并取得了良好的经济效益。
5、结论
自转入井底车场建设后，在局部出现的底鼓冒顶现象得到得了很好的控制，据检测数据显示巷道已经进入稳定阶段。实践表明支护技术能有效地释放初压，适应软岩巷道围岩的变形特点。在软泥岩、煤巷道掘进时，根据围岩应力大小，适当调整支护参材料和支护参数，在二次支护的基础上外加锚索支护，能够有效控制巷道支护效果，保证服务年限，以达到良好的支护目的。