高应力软岩大断面巷道刚性支架+注浆加固支护技术

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1、高应力软岩大断面巷道“刚性支架+注浆加固”支护技术河南神火煤业公司梁北煤矿巷道围岩控制是矿井开采首先要解决的问题之一，近年来，随着矿井开采深度的增加，其中巷道围岩位于软岩岩层中的巷道逐年增加，巷道埋深逐年递增。而软岩开挖后，由于其围岩变形速率快、围岩变形量大，且变形持续时间长、巷道底鼓严重、围岩整体稳定性差、很难维护且支护成本高等因素，给煤矿的生产、安全造成很大影响。根据21采区西回风下山支护过程中的实际情况，分析了原有支护形式中存在的问题以及巷道的变形机理后，采用锚网索喷、U型棚支护+滞后注浆加固联合支护方式，有效地控制

2、了巷道围岩的变形破坏，取得了良好的支护效果。一、工程概况：21采区西回风下山最深埋深为-806m，布置在二1煤下部，掘进过程中迎头岩性为炭质泥岩、一17煤层、砂质泥岩、L8灰岩。21采区西回风下山会有地质构造存在，根据以往超前探钻资料及21采区西回风下山、21采区皮带下山，21采区西回风下山剩余巷道施工至结束可能有地质构造存在，褶皱不甚发育，仅在单斜构造上沿走向发育了些小的起伏或次级褶皱。对巷道掘进会造成影响的含水层为太原组上段灰岩含水层、太原组下段灰岩含水层、寒武系灰岩含水层。寒武系灰岩含水层上距设计巷道底板最小距离为3

3、8.3m。该含水层岩溶裂隙较发育，富水程度强，属于典型的深部高应力软岩巷道。二、破坏机理：巷道最大埋深为-800m，岩性差，巷道顶板为泥岩，底板为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，具有强度低和松散破碎的特点，巷道埋深大、地压强，地质构造复杂。在这样的条件下，锚杆的可锚性差，托盘上的岩石被压碎，锚杆实际阻力偏低，导致围岩体处于流变状态没有得到有效控制。巷道掘进过程中围岩应力重新分布，软岩或极软岩巷道每次修复后支护受力和变形有所减小，支护让压不够，刚强不足，多次落底、挑顶翻修造成松动圈逐渐扩大，随着时间推移变形压力又迅速增大，出现屡修屡

4、坏的现象。①巷道变形量大，尤其在过断层后，顶板软岩黑矸区域，顶底板相对位移量较大达到350mm,为保证通风断面需进行挑顶维修。②巷道围岩变形持续时间较长，该巷道岩体具有明显的流变性，巷道在每月观察中均存在锚索压折或锚杆盘压掉的现象，巷道围岩的稳定性并没有得到有效的控制③巷道初期变形量较大，巷道建成初期，一周之内巷道收缩量达到400mm，不能起到应有的支护效果。图1.巷道变形观测图三、巷道支护方案依据原有巷道的支护分析，确定采用“锚网索喷+U型棚支架+滞后注浆”联合支护方式来控制巷道围岩的稳定性，该支护方案的优化在于滞后注浆

5、，滞后注浆支护是在锚网喷支护和全封闭钢支架支护的基础上通过注浆锚杆注入浆液，巷道围岩能够保持较大的残余注浆压力，大幅改善围岩的应力状态，同时较高的注浆残余压力的浆液充满到围岩裂隙、锚杆与锚网的间隙及深部的裂隙区形成了高密度锚杆、固结浆液和浅部岩体的骨架结构，扩大了承压范围。1．根据矿压资料的分析、巷道层位关系和工程类比法确定:巷道采用锚网喷+锚索梁+U36钢棚+锚索梁+注浆的联合支护方式。锚网喷+锚索梁为一次支护，U36钢棚+锚索梁+注浆为二次加固支护。21采区西回风下山支护断面为U36钢棚支护断面。一次支护净断面为：净宽

6、×净高=5700mm×4350mm，二次支护净断面为：净宽×净高=5000mm×4040mm；巷道掘进断面S掘=21.9m²，巷道支护S净=17.5m²。2.永久支护参数的确定：根据工程需要一次支护断面为净宽5700mm×净高4350mm半圆拱形断面，二次加固采用规格为5000mm×4040mm的U36钢棚支护。根据工程需要一次支护断面为净宽5700mm×净高4350mm半圆拱形断面，二次加固采用规格为5000mm×4040mmU36钢棚支护。锚杆支护利用工程类比法及现场经验选择端锚固法加固顶板，按加固拱原理计算：锚杆长度

7、：Ｌ=Ｎ（1.1+W/10）=1.2×(1.1+5.8/10)=2.02m，取3m。式中：N—围岩稳定性影响系数，取1.2m；W—巷道跨度；锚杆直径：Ｄ=L/110=0.019m=19mm，取20mm。锚杆间距：d<0.5L=0.5×2.04=1.02m，间距取0.7m。锚杆排距：d<0.5L=0.5×2.04=1.02m，排距取0.7m。根据以上计算：一次支护采用Φ20mm×3m右旋等强锚杆，间排距700×700mm，K2360和Z2360锚固剂各一卷进行锚固，Φ6钢筋网，Φ12mm钢筋梯子梁。顶部施工5排锚索托梁（由巷

8、中向两侧均匀布置），间排距1.4m×1.4m，锚索Φ21.6mm×12m，每根锚索采用一卷K2360和三卷Z2360进行锚固，托梁采用12#工字钢加固，梁长2.3m，喷C15砼，厚度50mm。二次支护采用U36钢棚，棚腿扎角1.5°，棚距700mm（搭接600mm、使用3道卡缆）均匀布置5道筋笆力，背棚