矿建巷道围岩破碎区支护优化

矿建巷道围岩破碎区支护优化

刘,涛

陕西煤业化工建设（集团）有限公司煤矿运营服务分公司  陕西 榆林 719300

摘要：近年来，我国对矿产资源的需求不断增加，矿建巷道建设越来越多。在断层影响范围内巷道顶板破碎且构造应力集中，导致巷道顶板出现一定程度冒落、变形量大等问题。本文首先分析注浆加固原理，其次探讨矿建巷道围岩破碎区支护优化，防止了围岩破碎、垮落现象，取得了显著应用成效。

关键词：巷道掘进；破碎顶板；构造应力；围岩支护

引言

煤矿生产前需施工服务于采掘施工的巷道，如运输大巷、回风大巷以及各类专用硐室等，巷道施工时对围岩采取合理有效的支护设计提高围岩稳定性对煤矿建设与生产具有重要意义。对巷道围岩进行支护主要目的是控制围岩变形、防止围岩松动圈夸大，实现支护与围岩耦合支护的目的。

1注浆加固原理

对破碎围岩施工注浆钻孔，对钻孔内高压注入注浆材料，注浆材料具有渗透及粘接性能，对破碎围岩裂隙带进行填充、粘接，在围岩内部形成网络骨架，从而实现对破碎围岩二次重组，并提高围岩整体抗压强度及承载能力，防止围岩局部冒漏、破碎现象。

2矿建巷道围岩破碎区支护优化

2.1注浆与架棚协同支护原理

传统破碎围岩主要采用独立注浆、密集锚杆（索）以及架棚施工，通过注浆对破碎岩体进行加固、填充，实现破碎岩体二次重组，由于注浆液渗入岩体凝固后形成的凝固体具有较强的韧性及抗压强度，注浆后岩体具有较强的抗载荷能力；而对破碎区采取架棚施工，可以增加巷道两帮煤柱支撑强度，降低顶板应力向两帮煤柱传递时产生的剪切破坏作用；但是注浆与钢棚独立支护时，支护工序繁琐、施工劳动作业强度大，而且在施工注浆孔与补强锚杆（索）支护孔时，顶板受钻动扰动影响大，加剧了顶板破碎力度。而注浆与架棚协同支护时，即在架棚过程中实现顶板注浆支护，注浆后将钢棚原注浆围岩镶嵌为一体，从而提高围岩整体稳定性，同时提高钢棚承载能力，防止钢棚变形。

2.2巷道围岩破碎机理

(1)围岩稳定性差。回风巷掘进的煤层结构复杂，煤层整体稳定性差，煤体内含多层夹矸，破坏了煤岩体稳定结构，巷道在掘进时受巷道开挖应力作用下22号煤层出现离层、破碎现象。(2)集中应力破坏。回风巷南部为采空区，巷道与采空区之间预留保安煤柱宽度为25m，由于断层破坏了围岩连续稳定性，导致断层区围岩出现裂隙，采空区残余应力沿裂隙传递至巷道内，并在巷道围岩内形成应力集中现象，从而造成围岩破碎严重。

2.3组合锚索板支护

在运输巷过顶板破碎带期间，采用组合锚索板对顶板进行补强支护。具体采用的组合锚索板结构包括有1块钢板、2根加长锚杆、4根高强锚索等。在靠近钢板两端、钢板中部及周边位置布置多个孔径在25mm焊孔。在运输巷掘进至顶板破碎带时，采用锚杆钻机在顶板靠近巷帮500mm位置施工锚杆钻孔，钻孔孔径30mm、孔深3500mm，钻孔钻进完成后放入长锚杆、锚固剂锚固；将钢板装到锚杆下方并用垫片、螺母固定，固定后对锚杆施工扭矩，确保施加的扭矩在250N·m以上。通过钢板中部预留的焊孔施工锚索钻孔，采用锚索对顶板钢板进行悬吊，施加到锚索上的预紧力控制在260kN以上。顶板破碎区组合锚索板布置，在组合锚索板间空隙位置按照间距布置3个卸压孔。采用托架将紧邻的组合锚索悬板连接起来，起到相互保护作用。

2.4协同支护工艺

首先在巷道内架设矩形钢棚，钢棚架设间距为1.0m，钢棚架设顺序为：固定底座→固定棚腿→安装顶梁→安装拉杆；钢棚棚腿安装时必须保证底板平整，钢棚安装后通过升降棚腿来保证顶梁与顶板接触严实。钢棚架设完后，采用风动锚索钻机通过顶梁支护孔向顶板施工注浆锚杆钻孔，钻孔深度为2.0m，钻孔直径为25mm，钻孔施工完后，对钻孔内安装锚固剂并锚固注浆锚杆。注浆锚杆锚固后，对杆体中部安装注浆软管，并在锚杆端部采用止浆塞封堵，将注浆软管与注浆泵连接，随后进行注浆施工。为了防止注浆过程中浆液发生放热反应，造成断层区破碎区煤体自燃现象，决定采用水泥砂浆作为注浆液，为了提高水泥砂浆渗透能力以及胶结强度，在水泥砂浆内混入5%的水玻璃，注浆压力为2.0MPa；注浆完成后采用螺母对锚杆进行预紧，将注浆锚杆与钢棚连接为整体。

2.5矩形钢棚支护

(1)矩形钢棚安装顺序为:底座→棚腿→顶梁;在安装底座时保证底座安装在坚硬平整底板上，在巷道陡坡段为了保证钢棚棚腿安装稳定，需采用2根锚杆以及卡缆将棚腿固定在巷帮上。(2)钢棚安装后必须保证顶梁与顶板接触严实，若顶板不平存在间隙需采用水泥背板进行填充，钢棚架设间距为1.0m，所有钢棚架设完成后需在相邻两架钢棚之间安装防倒装置。

2.6U29型钢棚支护

为了防止两帮煤柱出现垮落，导致支撑强度降低、巷道顶板出现失稳现象，决定在巷道应力区架设密集矩形钢棚。1）在巷道570m处开始架设工字钢棚，架设间距为1.0m，钢棚主要由顶梁、棚腿、卡缆、底座、连接杆、背板等部分组成；顶梁采用15#槽钢焊制而成，顶板中部焊制一个直径为30mm固定孔；棚腿采用两根U29型钢焊制而成，每架钢棚共有四节棚腿，每节长度为2.0m，棚腿对接长度不得低于0.2m。2）钢棚先安装U29型棚腿，每根棚腿采用两节U29型钢对接安装，在对接处采用双组卡缆、锚杆与巷帮固定。棚腿与底座固定连接，底座安装位置必须平整，必要时采用地锚对底座进行固定。3）钢棚两根棚腿安装后采用卡缆将顶梁与棚腿进行固定，顶梁安装时槽钢平面与顶板接触，顶梁安装后调节棚腿上部U29型钢使顶梁与顶板接触严实。若顶板出现局部破碎不平时，在顶梁与顶板之间采用背板填充严实。所有钢棚安装后棚腿之间采用连接杆连接固定。

2.7注浆与架棚协同支护原理

传统破碎围岩主要采用独立注浆、密集锚杆（索）以及架棚施工，通过注浆对破碎岩体进行加固、填充，实现破碎岩体二次重组，由于注浆液渗入岩体凝固后形成的凝固体具有较强的韧性及抗压强度，注浆后岩体具有较强的抗载荷能力；而对破碎区采取架棚施工，可以增加巷道两帮煤柱支撑强度，降低顶板应力向两帮煤柱传递时产生的剪切破坏作用；但是注浆与钢棚独立支护时，支护工序繁琐、施工劳动作业强度大，而且在施工注浆孔与补强锚杆（索）支护孔时，顶板受钻动扰动影响大，加剧了顶板破碎力度。而注浆与架棚协同支护时，即在架棚过程中实现顶板注浆支护，注浆后将钢棚原注浆围岩镶嵌为一体，从而提高围岩整体稳定性，同时提高钢棚承载能力，防止钢棚变形。

结语

通过破碎顶板注浆可提高顶板整体性及稳定性，降低掘进扰动影响、顶板离层及下沉量；采用组合锚索板可充分发挥支护面积大、支护强度高以及刚度大等优点，对破碎顶板进行高强支护；在组合锚索板间施工卸压孔可在一定程度释放构造应力，减少应力集中程度。锚索棚协同支护技术解决了传统单锚索、钢棚支护时，联锁抗压效果差、钢棚易变形等现象，简化了破碎区顶板支护工序，降低了支护劳动作业强度，而且巷道围岩控制中锚索与U型钢棚支护的协同承载与共同变形，不仅舍弃了连接U型钢棚的拉杆，而且达到了锚索紧固U型钢棚的协同与承载，减小了支护成本，促进了围岩稳定，提高了支护效果，取得了显著应用成效。

参考文献

［1］钮泽东.厚煤层破碎围岩巷道注浆加固分析[J].山东煤炭科技，2022（08）：48-50

［2］王俊芳.托顶煤巷道注浆锚索替代单体柱超前支护研究[J].能源与节能，2022（06）：122-124

［3］侯永.大断面29U型圆形钢棚施工浅析[J].内蒙古煤炭经济，2017（17）：114-115