浅谈高应力软岩下的岩巷支护
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摘要：益新煤矿为鹤岗矿业集团公司开采深度较深的矿井，地面标高50米。随着开采深度的不断增加，井下岩巷将处于更高的地应力环境中，尤其在地质构造活动强烈的地区。井下巷道支护稳定性更加难以保证。本文就高应力软岩的形成条件进行了讨论，在掌握高应力软岩巷道的变形特征和支护原理的基础上，对3种不同的支护方式在三水平北一石门-92中组运输石门进行了实践与观测，结果表明采用注浆锚索技术为最适合高应力软岩条件下的巷道支护方式。
关键词：高应力；软岩巷道；注浆锚索技术
中图分类号：TD353
内容：益新煤矿在初期掘送-92运输石门时，巷道采用普通锚索及U型棚支护形式，由于地应力及岩性变化等原因，巷道在掘送后的20―30天出现初步变形，两帮缩帮量约为3厘米至5厘米，伴有小范围底鼓现象，40―50天后巷道出现明显变形，缩帮、底鼓现象明显，给巷道支护及稳定性带来了很大的难度。我矿在充分实践的基础上，通过选取合适的支护参数和支护形式，在-92运输石门采用注浆锚索技术，通过观测记录数据，结果表明注浆锚索技术在高应力及软岩中效果显著，为同类型巷道的支护和维护所借鉴打下基础。
1工程概况及地质说明
三水平北一石门-92运输石门设计全长600米，为穿层巷道，围岩变化较大，先后穿9号、11号、11号煤层，最后揭11号煤层全煤停工。本巷道穿F132.T135两个较大断层，对巷道掘进有一定影响。
2巷道变形特征
上述巷道变形具体表现为：1）围岩变形量大。其中巷道的水平收敛量要比拱顶下沉量要大得多。一般为数厘米至二十厘米，表现形式有两帮内移、尖顶和底鼓。2）初期变形速率大。由于水平构造压应力大于垂直应力，巷道在掘进时卸载迅速，来压快，表现为巷道的初期变形速率大。3）巷道变形具有时效性。
3巷道变形特征原因分析
由于掘进深度的加大，加上属于新区延深工程。巷道在掘送时明显感觉到围岩的压力比浅部压力大许多，这一点在巷道变形量上可以看出。而且在高地应力区经常遇到一类特殊岩体，当其处于地表浅部或低地应力条件下，岩体显示出较坚硬的特征；处于高地应力环境时，当围压较低时，岩体尚具有较高的强度和弹性模量，当围压较高时。岩体表现出“软岩”特征。显然，它有别于一般意义上的软岩，是一种特殊的、在高应力环境下的工程软岩体，称这类软岩为高应力软岩。高应力软岩主要为中粒砂岩、细砂岩、砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩、粘土岩、页岩、煤层及灰岩。
高应力软岩一旦形成，在这些软岩体中掘进的巷道和硐室显示出来的变形特征与硬岩巷道的截然不同，具体表现为：1）围岩变形量大。高应力软岩自身特征决定了该区域的巷道变形量大的特点，其中巷道的水平缩帮量要比拱顶下沉量要大得多。一般为数厘米至数十厘米。
4 软岩巷道支护原理及施工工艺
4.1支护原理
根据目前所掌握的有关软岩力学属性、变形力学机制，以及现场所观察到巷道大变形、大地压、难支护的特点，软岩巷道围岩并非具有单一的变形力学机制，而是同时具有多种变形力学机制的复合变形力学机制。软岩巷道开挖后，其巨大的塑性能必须以某种形式释放出来。软岩巷道支护时软岩进入塑性状态不可避免，而且其巨大的塑性能必须释放出来，所以软岩支护设计时必须提供足够的变形能释放时间和释放空间。
注浆，就是将具有充填性能的材料配成浆液，以泵压为动力源，用注浆设备通过注浆管将其注入到破碎岩层内，浆液以渗透、填充、挤密等方式扩散，赶走岩体裂隙中的水分和空气后占据其位置，由于浆液的凝结、硬化，将原来松散的裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大，防水抗渗性能高和化学稳定性良好的自承拱，提高了围岩的内在抗力，改善了高压力软岩巷道初次变形后围岩破碎的地质条件。
4.2注浆设备
4.2.1锚索选用Φ21.8的中空钢绞线，长度为6300（）。
4.2.2施工钻孔设备选用MQT―70C锚索钻机二台，帮式锚锁机二台。钻孔施工长度为6000（）。
4.2.3注浆设备采用MODEL150型风动锚索注浆设备，水泥浆搅拌机采用DTMK-1型风动搅拌设备。
4.2.4封孔采用棉纱。
4.3施工工艺
注浆锚索施工工艺主要包括：钻孔―――安装锚索―――封孔―――注浆―――上锚索梁―――紧固锚索。
4.3.1钻孔施工
利用锚索机施工锚索钻孔，确保锚索外漏长度不大于300（）。顶板注浆锚索间排距为1200×800（） 锚梁选用矿用29U钢梁，锚梁长3200（）。两帮注浆锚索间排距为1000×1200（） 锚梁选用矿用29U钢梁，锚梁长2300（）。
4.3.2安装锚索及封孔
在距锚索底部1300（）――500（）的部位，先用棉纱逆锚索机旋转方向捆住棉纱。锚索顶部用两卷ck快速树脂药卷紧固。用炮泥将锚索的四周封堵严实。最后将中空橡胶塞套在锚索外，用一寸铁管套在锚索外将橡胶塞推紧。钻孔封堵必须严密，确保不漏浆。
4.3.3拌料注浆
按水灰质量比1：2加入到拌料桶内，搅拌均匀，再按水泥重量的8%加添加剂。添加剂可确保浆液的稀释度，确保注浆过程不堵塞注浆管路。搅拌均匀后开始高压注浆，注浆压力不小于6Mpa。根据实际围岩情况每孔注浆量为0.3――0.7m3 ，扩散半径约为1.6米。注浆过程要保证一次注完。
待注浆完毕后及时封堵锚索尾部的封堵头。
4.4注意事项
施工注浆锚索时必须注意的事项：封孔要严密；搅拌浆液时先放水后放水泥；注浆时不宜快速注浆，保证一次注满；先注浆后喷碹，保证裂隙中空气排出，确保裂隙内部不会一半空气一半浆液；注浆24小时后上锚索梁紧固。
5高应力软岩下巷道支护效果分析
U型铁棚支护、锚梁网+锚索联合支护支护方式应用已十分广泛，而且其支护效果也很明显。经研究，在距工作面60m处（巷道初步变形后，约掘送后的30天），沿工作面前进方向，分别用U型铁棚支护、锚梁网+锚索联合支护、注浆锚索+锚梁网联合支护三种支护形式，在-92中组运输石门进行试验并进行相关监测，每种支护方式的试验长度为50m，获得了3种支护方式下的该巷道变形等结果
6 结 论
在高应力软岩环境下，巷道的支护已成为制约矿山企业向深部延深的瓶颈。经现场多种支护方式的试验对比与测试，结果表明：注浆锚索+锚梁网联合支护方式是一种非常有效的、适合高应力软岩下的巷道支护方式。该支护方式在我矿-92中组运输石门的使用效果也进一步证明了它的优越性。我相信在理论的不断创新，实践的不断验证和经验的不断总结中，注浆锚索技术也必将得以更广泛的应用及高速发展。
作者简介：芦峰，2009年毕业于黑龙江科技学院采矿工程系，同年分配到龙煤鹤岗分公司益新煤矿一开拓区任技术员。
参考文献：井巷工程。