杜文君

（山西汾西正升煤业有限责任公司， 山西 汾阳 032200）

引言

弱胶结软岩具有胶结性差、自身强度低、易破坏等特点，在围岩应力作用下巷道变形严重，给围岩控制带来一定影响[1]。现阶段矿井巷道支护技术有锚网索支护、让压支护技术、锚杆（索）注浆技术等，并对相应的支护材料进行研究，为矿井回采巷道围岩控制提供了技术借鉴[2-5]。然而以锚杆支护为核心的主动支护技术在弱胶结软岩巷道中应用时，受到围岩破碎、承载能力差等因素影响，往往出现围岩变形严重问题，如何提高弱胶结巷道围岩支护效果成为此类回采巷道围岩支护时需要解决的现实问题[6]。为此，文中以山西某矿5300 运输巷掘进为工程背景，对弱胶结软岩巷道围岩支护技术进行探讨，以期能更好地促进此类巷道围岩控制。

1 工程概况

山西某矿5300 运输巷沿着5 号煤层底板掘进，巷道设计掘进长度为1 065 m，主要为3 采区煤炭运输服务，设计使用年限为25 年。5300 运输巷净宽、净高分别为5.0 m、4.1 m。顶板、巷帮使用的螺纹钢锚杆规格均为Φ20 mm×2 400 mm，间、排距分别为700 mm×900 mm、800 mm×900 mm；顶板用规格Φ21.6 mm×7 300 mm 锚索支护，布置形式为3-3，减排距1 500 mm×900 mm。

5 号煤层顶底板岩性均为泥岩，通过X 衍射试验发现煤层顶底板泥岩中矿物成分中含有大量的伊利石、石英以及绿泥石等，其中绿泥石、伊利石等黏土矿物合计占比达到53.23%。5 号煤层顶底板泥岩中黏土矿物含量较高，从而导致岩层胶结性较差。通过细观发现5 号煤层顶底板泥岩中裂隙发育，同时裂隙发育多集中在黏土矿物胶结位置，从而导致泥岩黏聚力降低、胶结性差，宏观表现为岩层容易破坏、支承能力不足。

2 弱胶结软岩巷道围岩变形特征分析

5300 运输巷原采用锚杆+工字钢对棚支护，工字钢棚距为680 mm。但是巷道支护完成后围岩变形量持续增加，长时间不能达到稳定。从围岩变形监测结果发现，5300 运输巷两帮围岩变形分为线性增长、趋于稳定两个阶段。其中在线性增长阶段巷帮收敛速度较快，变形速度分别达到18.3 mm/d、22.1 mm/d，且该阶段持续变形时间达到30 d，现场监测发现巷帮变形量分别可达到635 mm、729 mm。巷帮变形具有典型的软岩巷道变形特征，巷帮变形量较大，角底内挤明显，部分喷层脱落。

巷道顶板、底板变形按照增长—稳定—增长—稳定趋势发展，现场监测发现顶板、底板变形速度峰值可达到21 mm/d、28 mm/d，在监测期间顶底板变形量最大可达400 mm、600 mm。分析巷道顶底板变形量较大原因主要为：

1）随着顶板下尘量增加，支护用的锚杆锚固效果弱化甚至出现失效问题，未能起到有效控制岩层变形目的，围岩变形控制主要通过工字钢架棚实现，即锚杆、架棚未形成耦合作用，不能整体控制巷道围岩变形。

2）巷道顶底板岩层均为若胶结软岩，流变性特征明显，在支护薄弱位置围岩变形量明显较大。具体巷道支护现场围岩变形情况见下页图1 所示。

图1 现场巷道围岩变形情况（单位：mm）

3 围岩支护优化研究

3.1 支护参数

5300 运输巷顶底板岩层均为弱胶结软岩，自身承载能力以及稳定性较差，在巷道掘进过程中容易出现塑形变形。若巷道原支护体系失效前即采用注浆方式增强围岩黏聚力、内摩擦角等（主要目的是增强围岩稳定性及承载能力），不仅围岩完整性得以恢复，而且可为锚杆（索）支护提供较为稳定的锚固基础。为此，5300 运输巷采用“锚杆网支护+钢架+锚注”支护方式，具体巷道支护断面见图2 所示。

图2 巷道支护示意图（单位：mm）

具体围岩支护工艺为：

1）喷射混凝土。由于5300 运输巷围岩为弱胶结泥岩，巷道开挖暴露后在空气、水等作用下容易风化，从而加剧围岩变形，为此，巷道掘进完成后应及时喷浆封闭围岩。喷浆形成的混凝土厚度为50 mm，强度为C20。

2）锚杆、金属网以及金属支架施工。表层喷浆完成后，使用规格Φ22 mm×2 600 mm 锚杆支护，间排距为700 mm×800 mm，配套使用200 mm×200 mm×12 mm 托盘；表层使用网格100 mm×100 mm金属网片，网片尺寸为2 000 mm×1 000 mm。在巷道使用U36 型钢组成钢支架对围岩变形进行控制，采用的钢支架间距为800 mm。

3）全断面锚注施工。中空注浆锚索规格为Φ35 mm×7 000 mm，间距、排距分别为2 100 mm、1 600 mm；中空注浆锚杆规格为Φ25 mm×2 500 mm，顶板布置的中空注浆锚杆间距、排距分别为2 100 mm、1 600 mm，每排布置4 根；巷帮中空注浆锚杆间距、排距均为1 400 mm。用中空注浆锚杆+槽钢控制底鼓，锚杆间排距为1 600 mm×800 mm，两侧锚杆均外插15°角。全断面注浆浆液均采用普通硅酸盐水泥，并添加一定量ACZ-1 添加剂，添加剂使用量为水泥用量的4%～6%。注浆浆液水灰质量比0.7∶1～1∶1，注浆压力2.0～3.0 MPa。

3.2 围岩变形控制效果

待对5300 运输巷完成支护后，每隔50 m 布置一个测站监测围岩变形。变形监测使用的设备型号为JSS30A，监测共计耗时6 个月，监测期间顶底板间变形量控制在52.6 mm、巷帮变形量控制在43.1 mm 以内，取得较为显著的围岩控制效果。

4 结论

1）5300 运输巷顶底板岩性均为弱胶结泥岩，且泥岩内部含有较多的黏土成分，内部裂隙较为发育，巷道原支护方式不能有效控制围岩变形，使得巷道顶底板、巷帮变形量较大，难以满足巷道后续使用安全。

2）提高围岩自身承载能力以及稳定性是控制此类巷道变形的关键所在，为此提出综合使用“锚杆网支护+钢架+锚注”支护方式，并依据现场实际情况对支护参数进行设计。使用全断面锚注增强围岩自身承载能力、高强锚杆网以及钢架提高围岩支护强度，从而有效控制巷道变形。现场应用后，巷道顶底板、巷帮变形收敛量分别控制在52.6 mm、43.1 mm，取得较为显著的围岩控制效果。