B090408 松软破碎围岩巷道的前探支护及联合支护技术

松软破碎围岩巷道的前探支护及联合支护技术

樊勇

[同煤集团宏远工程建设有限责任公司,山西大同 037003]

摘要针对金业集团一矿煤矿井底车场地压大、围岩松软，破碎、支护后巷道变

形严重等问题，通过对巷道围岩破坏机理的分析，确定了采用钢管帷幕法前探支护

和架棚+壁后填充+喷射混凝土+锚注联合支护技术，实践表明，该技术有效解决了

松软围岩巷道掘进、支护难的难题。

关键词松软破碎围岩钢管帷幕法架棚壁后填充锚注支护

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1 概述

金业集团一矿设计生产能力为150万t/a。在开拓建井阶段，由于井底车场巷道、硐室所处围岩岩性以炭质泥岩为主，受断层等地质构造影响，井底车场岩层节理裂隙极为发育。在施工初期支护过程中，大量破碎矸石冒落，采用放炮后及时喷浆的方法也不能阻止矸石冒落，巷道变形严重，对施工生产安全造成极大威胁。按原设计支护方案，出现巷道前掘后修、反复修复的局面，部分巷道虽经修复，但仍然难以有效控制巷道围岩强烈变形。为此，在井底车场3#—4#交叉点及－405轨道大巷掘进采用钢管帷幕法前探支护进行掘进施工，采用18#工字钢＋壁后、巷底注浆的支护技术。经过实践表明，这种支护技术有效地解决了井底车场巷道掘进、支护难的难题。

2 地质概况及前期支护

井底车场为卧式车场，3#-4#交叉点及-405轨道大巷是矿井运输的咽喉通道，其所处围岩岩性以炭质泥岩为主，该岩层节理裂隙极为发育，遇水极易泥化膨胀。该岩层位于巷道中下部，局部巷道顶部为4-1#煤，该煤层极为软弱，且极易风化、潮解，在掘进过程中巷道围岩局部严重冒落。

井底车场3#-4#交叉点及-405轨道大巷初期采用炮掘，最初设计为锚、网支护，锚杆间排距为800×800（mm）。锚、网支护难以控制巷道围岩的强烈变形，采用了补设顶板锚索、U型顶托梁及W型钢带支护进行修复，并对巷道全断面进行喷射混凝土封闭，但巷道修复后仍然出现喷层开裂、锚索、梁被破坏的现象，巷道两帮也明显变形，最大变形量达到800mm。

3 管帷幕法前探支护

由于巷道围岩松软破碎，加上掘进时放炮的震动，破碎顶板极易大面积垮落，因此，采用管帷幕法进行前探支护。掘进前，先绕巷道顶板轮廓线在巷道顶部钻深3m的孔眼，插入直径50mm、长3m的钢管，钢管的间距为300mm。掘进时，少装药、放小炮，每次掘进1.5m，

减少了放炮的震动，从而不增加围岩的破碎。放炮后，外露出的1.5m长的钢管作为前探支护，工作人员可在钢管下进行支护作业。

4 联合支护技术

4.1 支护方式

巷道采用架棚+壁后填充+喷射混凝土+锚注联合支护技术。用架设18#工字钢棚作为基本支护，针对钢棚壁后不均匀空隙，同时考虑到巷道围岩裂隙十分发育的实际情况，采用充填注浆技术加固围岩，一方面可通过注浆将支架与围岩耦合为一体，实现支架与围岩共同承载；另一方面通过注浆加固围岩，提高围岩体本身的稳定性。通过巷底注浆使底板松软岩体、注浆结石体和锚杆有机地结合成整体，改变了岩体的力学特性，增加了岩体的强度和完整性，有效改善了底板的应力状态，控制巷道底臌，缓解巷帮内移，从而提高支架的稳定性。

4.2 支护工艺

掘进→喷射混凝土封闭围岩→架棚→敷设金属网背板→背板后填充矸石→复喷混凝土→安设顶、帮注浆锚杆→安设底板注浆锚杆。

4.3 技术措施

4.3.1 基本支护

巷道掘进出后，首先喷射混凝土封闭围岩，混凝土喷厚80mm。架设钢棚进行支护，钢棚为四节半圆拱形18#工字钢，钢棚的间距为800mm。在钢棚后敷设金属网背板，金属网用直径6.5mm冷拉钢筋焊接而成，网孔为100×100（mm）。钢棚与围岩之间的缝隙用矸石进行充填。矸石充填完毕后，喷射厚100mm的混凝土将充填层覆盖。

4.3.2 补强支护

根据揭露的巷道围岩状况表面，围岩节理裂隙极为发育，且3#-4#交叉点及-405轨道大巷处于应力集中区，自身强度较低的炭质泥岩很容易屈服破碎。通过锚注加固手段不仅能够显著改善巷道围岩状况，而且能将已有的钢棚支护承载能力进一步提高。

①巷帮注浆加固：在距巷底500mm、肩窝和巷顶安设6根注浆锚杆。

②巷底注浆加固：开挖巷底500mm深后，用C25混凝土浇注200mm作为止浆层，在混凝土垫层的基础上进行底板注浆，剩余300mm用道碴充填做为缓压区。

注浆锚杆直径50mm的钢管加工而成，帮部注浆锚杆长度为3000mm，底部注浆锚杆长度为2000mm。锚杆前端为锚固段，中段为长450mm的带注浆孔段，尾部有长40mm与注浆泵出浆管高压快速接头连接的螺纹。注浆锚杆内锚固段采用普通的快硬膨胀水泥药卷，外锚固段采用喷射混凝土密封。采用QZB-50/6型双液气动注浆泵注浆。

注浆材料的选择原则是，浆材结石体最终强度高，浆液流动性好，配比易调，浆材无毒无味、成本低廉。根据选择原则及注浆材料性能，选用普通425#硅酸盐水泥加水配置而成，水灰比为0.7～0.8。

注浆压力是浆液在围岩中扩散的动力，它直接影响注浆加固质量和效果。根据注浆经验，最终注浆压力定为≥1.0Mpa。但在注浆过程中应加强观察，禁止进行破坏性注浆。

根据注浆经验，结合围岩状况确定每孔注浆量不小于50kg。

为了防止浆液沿弱面扩散较远，造成跑漏浆现象，注浆时在控制注浆压力和注浆量的同时，必须要控制注浆时间，使注浆时间不宜过长。相反，在围岩裂隙、孔隙、层位不很发育

的地方，吸浆速度较慢，注浆扩散较困难，为了提高注浆效果，必须在提高注浆压力的同时适当延长注浆时间。根据实际情况灵活掌握，达到注浆量、注浆压力、注浆时间的可控性注浆。

5 效果分析

采用钢管帷幕法前探支护，大大减少了顶板冒落，解决了在松软破碎岩层中前探支护问题。采用浅打眼、多打眼、少装药，减少了爆破对巷道围岩的破坏，控制了巷道爆破成型，提高了施工安全性确保了安全生产。巷道采用架棚+壁后填充+喷射混凝土+锚注联合支护技术，在3#-4#交叉点处布置10个巷道变形观测站，为期3个月的监测结果表明，顶、底板移近量为22mm，巷帮移近量为16mm，可见采用这种联合支护技术，巷道变形量得到了有效控制。

6 结语

松软破碎围岩层掘进、支护问题一直是巷道掘进中的难题，通过钢管帷幕法前探支护以及架棚+壁后填充+喷射混凝土+锚注联合支护，能改善巷道围岩状况，提高围岩体本身的稳定性，保证了支架的结构稳定性，有效解决了松软围岩巷道的变形问题。满足了工程使用和质量要求，基本解决了松软破碎岩层的掘进、支护困难的问题。

作者简介樊勇男，1965年出生，山西省朔州市人，1988年毕业于阜新矿业学院采矿系矿建专业，现在同煤集团宏远工程建设有限责任公司技术部工作，工程师。通讯地址：山西省大同市矿区和平街同煤大厦1107室。

（收稿日期：2009-09-23；责任编辑：王方荣）