浅论煤矿巷道支护围岩松动圈理论技术的应用

浅论煤矿巷道支护围岩松动圈理论技术

的应用

摘要：在煤矿发展过程中，胶带巷极破碎软岩容易出现形变，严重影响了工

作的安全性。文章主要以某煤矿为例对胶带巷两帮和底板采用探地雷达松动圈测试，从而获取了巷道围岩松动圈范围和破碎的状况，采用预留变形量让压、初次

全锚索网喷支护、深浅孔注浆加固、底角锚注加固组成的锚注联合支护体系，取

得了良好的效果。

关键词：松动圈；注浆加固；支护技术

1.松动圈现场状况分析

该煤矿企业胶带巷的断面呈现出矩形，工作人员原定设计

采用全断面锚索、金属网支护技术，巷道设计断面宽度为5.5m，高度为4.5m，

掘进断面24.75㎡；净断面的宽度为5.3m，净高度为4.35m，净断面面积为23.6㎡。巷道沿着3号煤层顶底板进行设置，3号煤层的平均厚度为5.5m，其倾斜角

为1-8°，单轴抗压的平均强度为9.15MPa。巷道采用全断面锚索支护，全断面

锚索支护使用直径为22mm×19股高强度低松弛预应力钢绞线制作而成，顶板的

锚索长度为8.4m，两帮锚索的长度为5.4m。

3号煤层的基本顶为细粒砂岩。厚度为2.3m，单轴抗压强

度为78.3MPa，直接顶属于砂质泥岩，其厚度为9.7m，单轴抗压强度为39.6MPa；伪底为砂质泥岩，厚度为0.4m，单轴抗压强度为22.1MPa，老底属于炭质泥岩，

其厚度为10.4m，单轴抗压强度为38.0MPa。

2 同岩松动圈的巷道支护理论

2.1 围岩松动圈的定义

巷道开挖后，围岩受力状态由三向变成了近似两向，造成

岩石强度较大幅度地下降，如果围岩中集中的应力值小于下降后的岩石强度，围

岩处于弹塑性状态，围岩自行稳定，不存在支护问题，如果相反，围岩将发生破坏，这种破坏从周边逐渐向深部扩展，直至达到新的二向应力平衡状态为止，此

时围岩出现了一个破裂带，把这个由于应力作用产生的破裂带称为围岩松动圈。

2.2 同岩松动圈的巷道支护理论

巷道支护施工过程中既不可能及时又不能保证支护体一开

始就与围岩密贴，只有待围岩产生足够变形之后才能提供支护阻力，并且围岩在

低围压条件通常表现为脆性，弹塑性区的变形引起巷道收敛变形量较小，一般约

占5％~25％，从岩石的应力一应变曲线可以看出，岩石在峰值前变形量很小，而

峰后岩石体积变形要比峰值前大得多，一般达到8~10倍，峰后破裂同岩体积膨

胀变形才是巷道收敛变形的主要原因，因此，仅靠弹塑性等理论进行巷道支护研

究是不准确的、不客观的。而松动圈支护理论是基于围岩中存在松动破碎带的客

观情况提出的，足符合地下工程客观实际的。该理论指山，巷道支护对象除松动

圈同岩自重和巷道深部围岩的部分弹塑性变形外，还有松动圈岩的碎胀变形。

3.锚注联合支护技术方案设计

工作人员依据现场的实际情况，通过研究分析决定采用全

断面锚索网喷支护加深浅孔注浆联合加固技术，具体的施工如下：

3.1全断面锚索网喷支护

在巷道开始掘进以后，围岩在原有地应力的作用下，就会

产生一定的重力分布。围岩由三向应力状态转变为双向应力状态，应力状态出现

一定程度的转变，就会导致围岩强度降低，应力场在重新分布以后如果应力大于

围岩的强度，就会导致围岩出现形变。对于此种现象，工作人员采用高强锚索施

加预紧力能够实现对局部围岩状态的改变，并且还能限制围岩发生大规模的形变。在前期的支护工作中，采用原全断面锚索网喷支护形式，预应力锚索采用1×19

钢绞线制作而成，其直径为22mm，顶板的锚索长度为8.4m，预应力不能低于

250kN，间排距为1150×1200mm，两帮锚索的长度为5.4m，工作人员采用释放内

部高应力，允许巷道两帮可以发生不同程度的形变，对帮锚索施加低预紧力，前

期设计为20kN,帮锚索的间排距为950mm×1200mm。

全断面锚索在施工完成以后，工作人员应该及时喷射混凝

土对围岩进行封闭，此处所使用的混凝土等级为C20，配合比为1:2:2，掺入3-5%的速凝剂，喷射厚度为100mm。

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3.2两帮锚索二次张拉

巷道在前期支护工作完成以后，还应该积极的对巷道两帮

的形变进行监测，如果形变达到150mm，工作人员应该依据巷道两帮锚索预紧力

对锚索进行二次张拉，保证锚索的预紧力能够达到250kN，在两帮锚索二次张拉

施工完成以后，应该积极的对巷道进行全面的二次注浆加固施工。

3.3低压浅孔注浆

巷道围岩在两帮锚索进行二次张拉施工以前，就已经出现

了不同程度的形变，围岩内部已经出现较小的裂缝，此时围岩具有良好的可注性，两帮锚索进行二次张拉施工完成以后，施工人员应该积极对巷道围岩进行低压浅

孔注浆，能够有效的提高壁厚围岩的强度。注浆孔间排距为1200×1200mm，注浆

所采用的管道直径为35mm，长度为1000mm。孔径的直径为45mm，孔的深度为

2500mm。在全断面注浆管的安装工作完成以后，施工人员可以进行喷浆，厚度为

50mm。注浆所使用的浆液为单液水泥－水玻璃浆液，配置比例应该控制在0.8-

1.0之间，注浆的压力应该控制在2MPa,

3.4高压深孔注浆

高压深孔注浆能够进一步对围岩进行加固，保证载体的有

效性。在高压深孔注浆施工中，都采用的是浅孔注浆管，在浅孔注浆施工完成凝

固以后，施工人员可以进行深孔注浆。在注浆施工中，从注浆管打深孔注浆，孔

的直径为28mm，孔的深度为5000m。渗透注浆使用52.5级普通硅酸盐水泥，将

其水灰比控制在0.5-0.6，同时，还可以加入水泥量为0.7%的NF高效减水剂。