深井软岩 支护技术探索

齐万利

中煤新集阜阳矿业有限公司 安徽省 阜阳市 236058

摘要:随着我国煤层的大力开发，软岩矿井的数量也日益增多，特殊条件下的巷道施工与维护问题已变得日益突出，并已影响煤炭行业的发展。为了解决深井、软弱破碎围岩巷道支护存在的问题,针对口孜东矿条件,提出巷道围岩控制的三个基本途径:注浆加固改善围岩、优化设计合理选择层位、加强管理减少围岩损坏。及时的注浆加固围岩是解决问题的根本，在注浆过程中加强专业的注浆队伍及人才是关键，不断尝试新的注浆材料，探索新的、适合口孜东矿的注浆加固材料。

关键词：千米深井；软岩；支护技术；锚网索喷

1.概述

口孜东矿松散层巨厚、地质条件复杂、深井矿压显现剧烈，开采深度大；煤层上覆巨厚松散层，矿井地压大；巷道围岩呈明显的软岩特征；地应力场以水平应力为主，对巷道破坏性极大；采掘动压影响范围大。多种因素叠加，造成巷道变形严重，严重制约了矿井的安全生产。巷道只有进行多次的巷修和反复的卧底，才能满足安全生产的需要。巷道变形量大,支护难度大,一方面是由于矿井开采深度增大造成地压升高,再是由于软岩特性、采动影响、支护强度较低及效果差等综合作用的结果。

2.围岩治理

2.1 注浆加固改善围岩

单单依赖增加支护密度及支护强度来控制巷道压力,其支护效果是有限的。尤其在深井松散岩层的巷道,积极采用二次支护配合注浆加固,能很大程度上提高围岩强度,再注浆充填岩石裂隙、切断地下水源、喷浆阻止围岩风化,可以明显提升支护强度。二次喷浆支护可以有效防止漏浆，而注浆的自身优化特点是与生俱来,即注浆浆液能在容易破坏区域最先充分渗入,浆液流动沿着围岩裂隙具有定向性,只要在巷道破坏的关键部位附近施工注浆孔,浆液便可在该区域有效扩散,从而实现提高关键部位支护强度。巷道的整体稳定性能在关键部位有效形成,大大降低围岩破坏速度,并使围岩结构整体稳定性得到提高。

但注浆压力的大小对注浆效果的好坏及费用的高低起决定作用，随注浆压力的加大可增加浆液的扩散半径，有效减少钻孔数量，在一定程度上降低了注浆费用。但随着注浆压力增大，造成围岩的剪切破坏。注浆压力的大小与岩石的力学参数、钻孔的位置、深度、注浆材料及注浆顺序的性质有关，因此很难精确掌握，只能依靠现场注浆试验确定，往往达不到预期效果。目前口孜东矿巷道围岩注浆加固技术所用材料仅仅以单一水泥浆为主，注浆队伍也只是掘进或巷修队伍临时抽调的人员，因此在没有很好的注浆材料及专业注浆人员情况下进行注浆存在一定的局限性，围岩加固难以达到预期效果。针对以上不足采取以下几个方面方法：

(1)根据矿井地质条件选择合理的注浆材料，使其符合井下施工的需要。就目前口孜东矿来看注浆材料仍然是普通的支护水泥，充其量在局部淋水量较大段采用水泥+水玻璃双液注浆料，在一定程度上缺乏专业性。其次注重材料的多元化，根据巷道围岩变化，而针对不同围岩状况采用不同的注浆材料。其三注重与科研单位的合作优化注浆材料配合比，因此，为了强化施工技术的效果，需要增加科研费用及专业人员。

(2)建立专业的注浆队伍。一是没有专业化注浆队伍，多为巷修队、掘进队安排一部分人员注浆，导致注浆人员不足。二是矿井生产准备工程量大，队伍抽调频繁，注浆工程不能连续施工。煤矿要加强生产队伍协调，保证注浆队伍注浆工程的稳定性。再者，积极学习成功经验、先进技术，煤矿不仅要注重自身创新发展，还要学习其科研单位及兄弟企业的经验和先进的技术，目前口孜东正在积极与天地科技公司合作开展煤矿千米深井围岩控制及智能化开采技术。

(3)深孔注浆工程方面注浆孔深和巷道离层裂隙规律掌握不足。下一步要引进窥视仪器、新型注浆材料等科研设备，掌握注浆孔深和巷道离层裂隙规律，探索适合口孜东矿围岩规律的深孔注浆加固技术。

2.2优化设计,合理选择层位

准确探查巷道围岩情况是巷道支护设计成功与否的关键。在进行千米深井巷道布置时考虑的首要因素，是将巷道直接顶选择在围岩整体性较好的层位，最大化利用围岩的自主承载能力。

2.2.1巷道应布置在合理的层位、位置

松散破碎带与应力集中区尽量少布置主要巷道，减少采动对主要大巷的影响，选择在岩性比较稳定的岩层中。目前口孜东矿1113采区双翼走向条带布置和西翼1405（8）采区为单翼倾向条带布置，避免了与大巷交叉，减少了煤柱的影响，将主要大巷布置在减压区或免压区。千米深井各煤层上、下山间按规程要求，留设合理保护煤柱。西翼采区5、8煤属于近距离煤层开采，在设计上简化了巷道布置，西翼采区5、8煤和1108（5）采取采用集中联合开采方式。

2.2.2留设合理的断层煤柱及保护煤柱

目前，口孜东矿西翼1405（8）采区地质构造复杂，断层比较发育。在采区设计前采用先进技术手段进行综合探测，确定地质异常区范围，最终留设DF3-1、F1断层煤柱及大巷保护煤柱，使巷道布置避开地质异常区，确保安全生产。

2.3加强管理,减少围岩损坏

口孜东矿通过加强施工管理,采取措施减少对围岩破坏，主要有以下几点:

2.3.1加强巷道成型,减少扰动次数

正常情况下，综掘机先割断面内的较软部分然后向较硬部分割；当岩性软硬一致时综掘机先铲底、刷帮，然后炮头由巷道中间底部进刀，沿“S”型路线来回向上切割，拱部切割时也是由下向上沿“S”型路线来回向上切割^[1]。EBZ-260H掘进机最大定位切割断面可达31m²，切割硬度不大于110MPa，可一次性全断面成型，减少围岩的扰动次数。

2.3.2加强生产用水的管控,采取措施防止顶板淋水浸泡底板

口孜东矿大部分巷道布置泥岩中,裂隙发育,因此,在施工过程中需加强生产用水的管理。在巷道设计阶段要充分考虑巷道排水，巷道成型后及时施工水沟排水,水沟严格按设计采用混凝土浇筑，防止水沟漏水浸泡底板。对不方便或不需打水沟的巷道,采取挖水泱子、安设水泵、接管路排水，例如1405（8）采区在风、机巷低洼处根据工作面预计出水量设置水泱子。

2.3.3挂网喷浆及时封闭围岩

在提高支护强度的同时防止因水的作用造成围岩的破坏和脱落，再则喷射混凝土可以将破坏的岩体联成整体形成组合拱作用。

3.巷道支护

3.1锚网索喷+套36U型棚支护+注浆

有效地解决了部分巷道的支护问题，壁后注浆充填,壁后充填使U型钢棚受力均匀，避免传统套棚腰背造成U型钢棚局部受力不均而破坏，充分发挥U型钢良好的护表性能,实现软岩巷道的有效支护。采用“三位一体”充填式复合支护强度大，支护成本高，施工工艺复杂，但适用范围最广。

3.2锚索+M钢带（吊梁）加强关键部位支护能力

针对局部顶板岩性较差支护薄弱环节和关键部位,采取必要加固措施。口孜东矿巷道普遍采用斜墙半圆拱形断面,其拱结构抗压性能较好,而两帮斜墙属于梁结构,抗压性能较低,帮部采取锚索+M钢带加强巷帮支护效果较好。回采工作面两巷采用矩形或梯形断面,巷道顶部是薄弱环节,在巷道设计中采取锚索+吊梁加固,能有效提高支护性能。

坚持“复合型支护”，推广“锚注一体化”工艺，保证巷道支护及时性，并尽量减少复合支护各工序间衔接时间。根据实践，单纯的锚网索支护形式难以满足深井支护的需要，必须坚持二次支护或密集支护等复合型支护。而“锚注一体化”能改善围岩的整体强度，提高自承能力。同时复合型支护工序间的衔接必须紧凑、合理，使各支护尽快形成完整支护承载体，避免每一分层支护逐层破坏，导致支护失效^[2]。

4.结论

深井软岩支护是一项制约口孜东矿安全生产的难题,经过实践,取得了显著的成效,为深井软岩支护工作指明了方向。矿自主开展了“锚网索喷+注浆加固”与“锚网索喷+套36U型棚”支护试验，在实践中我们得出“锚注一体化”施工是目前最适合、最经济的支护形式大大改善支护强度，减少巷道的返修率。

参考文献

[1]封木志，中国科学技术协会，北京：中国科技信息，2015.

[2]郑希红等，山东煤炭科技，济南：山东省煤炭学会，2015.