软弱破碎围岩巷道锚杆支护技术研究与实践分析

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摘 要：近些年来矿井在不断深入挖掘的过程中，经常会遇到软弱围岩地段，在这个地段中普遍土质松软，围岩多为页岩、泥岩及砂质泥岩，强度低、稳定性差、极易坍塌，并且遇水后容易整体变软膨胀，如果在这个地段进行巷道施工，巷道会因为这样的地质状态随时出现变形，增大维修频次，增加维护成本及基建投入。锚杆支护技术是我国地下开采作业中常用的一种加固支护方式，其具有支护效果好、操作工序简便，使用成本低等特点。本文对软弱破碎围岩巷道锚杆支护技术进行研究，并对其实际使用进行分析，以此来为今后矿井安全作业提供参考。

关键词：围岩巷道控制；锚杆支护技术；研究；实践；分析

近些年我国地下煤矿资源使用量较大，导致当前浅层煤炭资源几近于开采殆尽，促使大部分矿井逐渐转向深部开采，而因为地下环境复杂，在矿井巷道施工过程中，经常因为围岩变形等原因对巷道进行反复维修，尤其在软弱围岩地段巷道，维修次数更甚，无法保证巷道的利用率。为了永久解决此问题，我国近些年特别针对破碎巷道支护技术进行研究，并取得了相应成果，下面便对此技术进行详细分析。

1 工程概况

1.1 基本地质概况

南方某煤矿年设计生产能力120万吨，一般来说，南方矿的矿井运输大巷一般部署在煤系地层底部茅口灰岩中，采区巷道从运输大巷开始垂直煤系向顶部掘进，而煤巷和机巷一般在煤层与采区巷道交汇处沿煤层顶板掘进，巷道变形多发生在采区运输巷道中，多施工长锚杆及锚索；而煤巷使用寿命不长，其变形处理多采用短锚杆支护。所以，不同用途的巷道变形处理方式应不同。在本矿井中，采区运输巷道周围几乎都为不稳定围岩，并且岩层结构分层严重，裂缝持续发育，单轴的抗压强度仅为10.20MPa左右，必须进行对顶板岩层进行支护。并在支护过程别注意煤层底板中水层的发育，防止出现岩层遇水膨胀问题将支护措施冲击变形。

1.2 目前采区运输巷道矿压特征

本矿井的采区运输巷道顶板位置岩层普遍分层明显，并且两侧岩体的结构均呈现发育状，强度不均衡，综合要低于顶底板强度。采区运输巷道顶板有弯曲变形的趋势，这样的变形会直接导致巷道顶板大幅度下沉、破损、多层分类等问题。同时结构面还在随着底层变化不断发育，很容易形成垮帮、片帮现象，并且顶板岩层弯曲程度加大，会增加两帮顶角部分的应力集中程度，压碎力度更大，片帮问题、垮帮问题会更加严重，致使顶板支撑作用力下降，顶板岩层进一步弯曲变形，形成恶性循环。

2 支护设计及参数选择

2.1 设计依据

根据巷道顶部掘进中出现不同程度的位移、底鼓，结合钻孔取芯和补打12.5m锚索时出现较大淋水、塌孔等特征可以确定，此部位符合软岩巷道稳定性差、变形量大、变形速度快、风化、底鼓及遇水膨胀等基本特征。

软岩巷道变形破坏的一般规律为：巷道地压随埋藏深度变化明显，巷道四周来压，底鼓明显，变形压力远大于松散压力。因此软岩的底板管理非常重要，现场的经验是“治帮先治底，治底先治水”。且任何一种支护形式，在松软岩层条件下，都必须采用以柔克刚，先柔后刚的支护方法才能取得应用的效果。总之，采用加密加长锚索或重新刷大巷道至掘进断面并浇筑钢筋混凝土效果不明显，有效的处理方案是先进行注浆加固，浆液能够在围岩中流动渗透到一定的范围，然后进行锚索支护。注浆后能明显地提高围岩的强度和整体承载能力。

2.2 加固方案

注浆一锚索支护：采用人工凿除已开裂挤出的混凝土或喷混凝土体，并喷混凝土封闭所有裂缝，浅孔中压注浆配合强力锚索加固。

2.3 注浆加固参数

注浆孔间排距：间距2000mm，排距3000mm，浅孔深孔穿插布置，根据巷道破坏程度及裂隙发育情况进行调整。

注浆孔深：浅孔注浆深度5m，深孔注浆深度20m，顶孔以进入煤层顶板8m为准。

注浆压力：浅孔2-3MPa，深孔4-6MPa。

注浆材料：浅孔注浆采用525普通硅酸盐水泥，浆液水灰比0.5：1；深孔注浆添加XPM纳米灌注剂以降低水灰比，同时可使水泥强度达69.3MPa，XPM添加量应为水泥质量的6%-7%，配合比为XPM：水泥：水=1：15：7.5；封孔用水泥-水玻璃双浆液，浆液水灰比1：0.4。

注浆顺序：浅孔、深孔分开施工，并分别隔排交叉注浆，注浆时先浅孔后深孔、由下向上按顺序完成。

2.4 锚索参数

锚索规格：采用918.9mm×15.3m高强度低松弛钢绞线锚索，配300mm×300mm×16mm高强托盘（附带调心球垫），承载力不低于250kN。

锚固方式：全长锚固锚索，其中端头采用树脂药卷锚固，1支K2335药卷，2支Z2360药卷，其余部分采用水泥浆锚固。

3 实践结果及分析

为全面掌握注浆与锚索联合支护后巷道围岩变形、锚索受力及支护效果，进行了巷道围岩变形与锚索受力监测。

3.1 锚索受力

巷道顶板锚索安装半天后，最大载荷达到要求；2d后顶板锚索载荷达到设计载荷；锚索载荷增长速度较快，说明能迅速承载，抵抗变形压力，控制围岩变形，7d后锚索荷载趋于平稳。施工中锚索未出现拉断破坏现象，说明其所受载荷未达到锚索极限载荷，选用锚索力学参数合理。

3.2 围岩表面位移

从顶板变形速度与时间关系来看，顶板围岩变形大体可分为3个阶段：第一阶段变形速度快，变形量大；第二阶段变形速度处于下降调整期，此时锚索工作阻力不断提高，抵抗围岩的变形压力；第三阶段为变形速度处于下降稳定期，此时锚索锚固力与围岩变形压力处于平衡状态。

从顶板表面位移看，前2d变形量较大，后期变形在7d内结束，顶板表面总位移2-3mm。

两帮表面总位移量为1-2mm，变形速度与时间关系基本上与顶板相同。这是因为顶板变形控制较好，减轻了两帮所受的载荷，而且两帮锚索支护参数选择合理，能有效地控制两帮位移。

4 经济对比分析

在软弱破碎围岩巷道中使用常规锚杆支护技术也可以解决巷道频繁维修问题，但相比之下使用本工程中采用的方法，整体锚杆支护会更加牢固，在不发生特殊地质变化时，一般可以一直保证巷道完整性，在很大程度上节约了巷道维修的资金投入，增加了矿井的整体经济收益，对今后煤矿矿井安全作业，煤矿开采可持续发展起到了极大促进作用。

结束语

综上所述，针对当前矿井巷道施工中遇到的软弱围岩地段问题，可以根据不同的地质特征，不同的巷道修建情况，使用不同的支护技术，比如巷道中如果遇水或者出现高地应力膨胀变形现象，为了避免出现巷道重复修缮，可以采用锚杆支护保C支护体系的稳固性，以此来减少施工资金投入，促进矿井作业顺利进行。

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