深井高应力巷道支护技术研究

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【摘 要】本文针对深井巷道支护困难问题，采用二次支护形成围岩锚注加固结构，改善围岩承载能力。锚注加固结构具有其它支护所没有的特性，主要体现在较好的整体性、稳定的结构性、较高的承载力和较强的抗变形能力上。

【关键词】深井；二次支护；锚注加固结构

0 概况

梁宝寺二号井位于山东省巨野煤田，设计能力120万t/年。主采3煤层，煤层顶板为泥岩和粉砂岩，煤层底板为泥岩、粉砂、细砂岩。开采第一水平-1020m水平，埋藏深，围岩应力高，矿压显现剧烈，巷道产生破坏和变形更为严重。根据二号井的实际情况，现阶段巷道支护困难是制约矿井高效生产建设的主要问题。因此，本矿加强深井高应力巷道围岩稳定性控制技术研究，不断总结经验，成功实现了对深井高应力巷道围岩的有效支护。

1 巷道支护设计

1.1 一次支护

现以内水仓巷道支护为例进行说明。一次支护采用锚网索喷方式。

（1）锚杆间排距800mm×800mm，打设底角锚杆时下倾45°，锚杆采用Φ22×2800mm高强预应力左旋无纵筋螺纹树脂锚杆，锚杆外露10～40mm，使用应力显示让压管、减摩垫圈，锚杆安装过程中要把应力显示让压管让压部分压平。

（2）金属网采用Φ6.5mm冷拔钢筋经纬网，规格为1400mm×1000mm，网格长×宽为100mm×100mm，金属网要压茬搭接，搭接长度不小于100mm，搭接两块网要用12双股铁丝三花绑扎联接，间距不大于200mm。

（3）锚索规格为Φ21.6×8200mm，间排距为1600mm×1600mm，使用4支MSK2550型树脂锚固剂锚固，托盘规格300mm×300mm ×16mm。

（4）支护完成后初喷喷砼强度C25，喷体厚度150mm。

1.2 二次支护

二次支护采用钢筋梯+锚杆+注浆锚索的支护方式。

（1）锚杆间排距为1600mm×800mm，锚杆规格不变。在原支护两排锚杆中间补打一排锚杆，奇数排施工的锚杆自巷道正中向右偏400mm开始施工第一根，偶数排施工的锚杆自巷道正中向左400mm施工第一根，后均按间距1600mm施工其余4根。

（2）钢筋梯采用Φ14mm钢筋制作，钢筋梯外宽80mm，每架中间焊接横筋，每组两道，每组间距800mm，横筋间距100mm，钢筋梯搭接长度100mm，搭接处要在托盘下压紧。

（3）注浆锚索在原支护两排锚索中间开始施工，巷道正中一根，后按间距2400mm施工其余4根锚索。注浆锚索型号为Φ22×6300mm，使用2支MSK2550树脂药卷锚固，锚索外露150mm～250mm，安装完毕后要将外露部分保护好，以便以后注浆。

（4）二次支护后进行复喷施工，复喷厚度150mm。

图1 二次支护偶数排支护断面图

2 支护原理分析

这种支护方式实现了“三锚联合”支护，即锚杆、锚索及注浆锚索相结合，将锚喷支护与注浆加固技术结合起来，采用注浆锚索来实现锚、注合一，对巷道破碎围岩进行主动加固与支护，充分发挥围岩的自身承载能力，实现积极支护[1]。

1.注浆锚索；2.锚喷网层；3.注浆扩散层；4.锚固层；5.喷网层

图2 锚注加固结构形成示意图

其承载原理主要反映在以下几个方面[1]：

（1）注浆和固结改善了破碎围岩的物理和力学状态

浆液固化后，可充填和封堵围岩的裂隙，隔绝空气，减轻已破碎围岩的风化，防止围岩被水浸湿软化，进而强化了围岩的自身强度。同时，注浆后松散破碎围岩被胶结成整体，岩体内聚力得到提高，从而显著提高破裂岩体的承载能力；且喷层壁后充填密实，保证荷载均匀地作用在喷层或支架上，避免出现应力集中而首先破坏，使支架和喷层能提供均匀的反作用力；再则岩块受力状态由点荷载、单向荷载、极低约束力下的两向或三向荷载作用转化为较高约束力下的三向应力状态，其峰值强度和变形性能显著提高。

（2）多层组合结构的可靠性与承载能力显著提高

注浆充填围岩空隙和裂隙，固化后配合锚杆的锚固作用，可形成多层有效的组合结构。且支护体内锚杆均转化为全长锚固，它将多层结构联成一个整体，共同承载，扩大了支护结构的有效承载范围，提高了支护结构的整体性和承载能力。且因锚注加固组合结构厚度远大于普通锚喷支护形成的支护结构厚度，减小了作用在底板岩体上的荷载集中度，减弱了底板岩体中的应力和塑性变形，实现控制巷道底臌的目的；巷道底板的稳定，有助于两帮的稳定，在底板和两帮稳定的情况下又能保持拱顶的稳定，从而保证巷道锚注支护结构的整体稳定，实现对深部破裂围岩的有效约束，发挥破裂围岩的结构效应。

（3）锚注加固结构的高抗力阻止了围岩深部塑性区的发展

对新掘巷道围岩实施注浆加固允许滞后于初次支护一定时间，使围岩在保证巷道安全的条件下释放变形能，而对修复巷道则要求及时进行注浆加固，注浆加固是针对处于峰后软化和残余变形段的破碎岩体进行的，此范围内岩体应力状态较低，加固后可转化为弹性体，因此，对加固体固化后产生承载力是有利的。承载能力逐步提高后，其抵抗深部岩体的变形能力也逐步提高，引起加固体内应力提高，形成对深部围岩的有效约束，使破裂岩体的残余应力逐步提高，阻止了围岩塑性区的发展。

3 总结锚注加固结构具有其它支护所没有的特性，主要体现在较好的整体性、稳定的结构性、较高的承载力和较强的抗变形能力上。该技术可充分发挥锚喷、锚索和锚注各自独特的支护作用，并使其相互补充和加强，充分发挥围岩的自身承载能力，强化了支护结构的承载能力和适应性，改善了深井巷道支护现状，达到了预期目标。

【参考文献】

[1]王振武.深井高应力软岩巷道围岩稳定性分析与控制技术研究[D].山东科技大学，2012.

[2]宋宏伟.井巷工程[M].北京：煤炭工业出版社，2007.