矿井失修巷道修复技术

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【摘要】针对某矿深部巷道（硐室）变形破坏严重的情况，在实地调查、原因分析的基础上，应用锚索支护技术对失修巷道‘硐室’变电所、泵房进行了加固修复，取得了良好效果。效果。

【关键词】失修巷道；加固修复；锚索支护

引言

由于多年的开采，浅部煤炭资源日益减少，目前我国很多煤矿已经开始进入深部资源的开采。随着开采深度的加大，地应力越来越大，巷道（硐室）围岩进入了软岩的大变形、高地压、难支护状态。许多矿井不得不付出相当的人力、物力来维修工程，严重影响正常的生产，增加了开采成本。可见，深部高应力失修巷道（硐室）的修复及深部软岩巷道支护是亟待解决的问题。

1 工程背景

某矿二水平变电所、泵房位于-610mTJ

巷道（硐室）处于二水平南翼向斜北翼单斜岩层中。变电所通道口巷道底距二1煤底板1.4m，向南进入二1煤底板。泵房最南端巷道顶距二1煤13.4m。工程施工所穿过的主要岩层为二1煤、砂质泥岩、一小煤、中粒砂岩。

2 巷道（硐室）变形破坏特征调查

经实地调查得知，巷道（硐室）变形主要表现为初始变形速度快、变形破坏严重和围岩具有岩爆性几项特征。详细叙述如下：

2.1初始变形速度快

巷道（硐室）开挖几天后，变形量迅速增加，严重时日变形量近120mm。

2.2变形破坏严重

二水平变电所、泵房原设计采用树脂锚杆（φ18mm×1.8m）+经纬网+混凝土喷层+可缩性u型金属支架支护，不浇筑底拱。巷道（硐室）支护后几天内，围岩变形量超过预留量；支护后不到1个月，U型金属支架开始变形，巷道顶部、底部和两帮也都产生了变形；支护2个月后，U型金属支架产生了较大变形，收敛量最小为480mm，最大达到860mm。巷道完工1年后，两帮收敛变形较严重，收敛量最大达到930mm，巷道顶板下沉也较严重，顶、底板收敛量为160m，且变形仍在继续。

2.3围岩具有岩爆性

巷道（硐室）开挖后，围岩和u型金属支架经常发出响声，且u型金属支架不时有棚卡螺栓突然断裂、螺母崩出现象发生。巷道完工1年后，这种现象仍时有发生。

3 变形原因分析

根据工程所在的地址条件，巷道变形破坏的原因可能有以下几点：

3.1变电所、泵房埋藏深度达774m以上，矿压大，地应力较高。

3.2受二水平南翼向斜的影响，岩性变化大。且工程处于煤层及砂质泥岩中，围岩强度低。

3.3该工程位于二水平南翼向斜轴部附近，地质构造应力较大。

3.4变电所、泵房围岩具有以高应力、节理化为突出特征的复合变形力学机制，即具有较小物化膨胀性和受节理影响的，在重力和工程偏应力共同作用下的混合变形机制。

3.5该工程位于井底车场中，巷道密集，易于造成应力集中，特别是变电所通道与二水平南大巷、二水平临时泵房通道及独立回风下山车场等工程有多处交叉。

3.6围岩本身强度没有得到充分利用。由于锚杆长度较小，形成的组合拱范围相应较小，在地压的作用下，当围岩松动圈逐渐扩大到锚杆控制范围以外时，就会产生较大的变形。

4 巷道（硐室）修复支护对策分析

无论是新开巷道，还是失修巷道，围岩变形破坏都是一个动态渐进的力学过程，是一个从量变到质变的过程。由于地质力学作用的影响。巷道变形破坏不是均匀的，也不是整体同时产生的，而是巷道的一个或几个部位首先产生变形破坏，进而导致整个支护体失稳。这些首先产生变形破坏的部位称为“关键部位”。二水平变电所、泵房的“关键部位”主要在穿煤段与独立回风下山车场岩柱最近段巷道底部。由于二水平变电所、泵房断面大，围岩岩性差，矿压显现非常明显，压力很大。经过分析研究，提出了新型支护形式——锚网喷+锚索联合支护。这种支护形式可提高围岩的整体断Ⅱ内在抗压力，增加其强度，有效地控制围岩变形发展，保持被加固围岩及结构物的稳定。

5 工程实践

5.1锚索支护设计

5.1.1锚索布置设计

从变电所通道至变电所进入全岩5m。按照锚固在大煤顶板内1.8～2m的原则，确定锚索长度为10～12.5m，沿中线在顶板两侧布置2排。墙部靠井底车场侧采用对穿锚索加固变电所与井底车场岩柱，共布置2排锚索，长度20m；另一帮硐室较多，布置2排6m长的锚索进行加固。变电所进入全岩后，采用6m长的锚索进行加固，沿顶部布置2排。与井底车场相邻岩柱的加固仍采用2排20m长的对穿锚索；另一帮考虑硐室较多，布置2排6m长的锚索进行加固。

锚索间排距锚索间排距取2.5m。

5.1.2锚索材料设计

设计采用高强低松驰钢绞线锚索，直径15.24mm，最低破断荷载260kN，预应力不低于100kN，树脂锚固剂锚固。

5.2锚索施工工艺

5.2.1钻孔。巷道（硐室）顶部锚索孔采用YFC-1392/3657型锚杆钻机施工，孔径28mm：帮部锚索孔采用TXU-75型钻机施工。

5.2.2安装锚索。把树脂药卷按快中慢的先后顺序塞入孔内，再用锚杆钻机卡住钢绞线进行搅拌。

5.2.3预应力张拉。当锚固端达到一定强度后（按锚固剂凝固时间计算），安装垫板，进行预应力张拉。对于对穿锚索，安装垫板、锁具后，直接进行张拉。泵房直墙底角（距底板200mm）安装1排2m长的树脂锚杆，间距700mm。锚杆与底板夹角为45°，锚杆之间通过拉杆连成一体。

5.3支护效果

5.3.1锚杆拉拔力试验

锚杆拉拔力现场试验结果表明，当拉拔力达到100kN时，树脂锚杆完好无损，达到了设计要求。

5.3.2表面位移监测

表面位移监测显示，锚索加固后1周内，巷道（硐室）变形最大，每天收敛几毫米至几十毫米：1周之后，变形速率明显减小；到半个月后，变形基本趋于稳定。

6 结语

应用锚索支护技术对该工程进行加固修复，效果良好，达到了预期目的。实践表明，高应力巷道支护应遵循“先让后抗，以柔克刚，重点突出，稳定支护”的原则。首先适当释放围岩变形能，逐步缓冲对支护体的作用；并对关键受力部位进行重点支护，充分调动围岩自身强度，使支护体形成稳定的支护体系，以达到支护目的。