赵志彪

（山西汾西矿业集团 正令煤业，山西 孝义 032311）

1 矿井概述

山西汾西正令煤业有限责任公司为山西省煤炭资源整合矿井，井田面积5.8435km2，设计能力0.9 Mt／a。

矿井为立井开拓，主立井垂深683m，副立井垂深640 m，开采二叠系山西组2号煤层，开采标高+460m～+220 m。矿井由于受地质构造等影响，造成井巷损坏变形，巷道顶板离层、喷层脱皮、两帮收缩，特别是底臌现象特别严重，直接影响运输安全、行人安全及通风断面。

2 巷道底臌原因分析

1）井田为一向东南倾斜的单斜构造，倾角一般为6°～14°，井田内发育有3条断层，分别为F1、F2、F3，其中F2、F3的断距较大，总断距高达300余米，造成井田内地质构造多，节理裂隙发育，岩层稳定性差。部分巷道呈尖顶状挤压说明巷道受横向水平应力大。

2）3条大巷均布置在2号煤层中，顶底板为砂质泥岩、泥岩，围岩的力学性能较差，岩体强度低。

3）埋深大，岩石重力场应力大。主井落底埋深约为683m，采煤工作面埋深在680～840m，属深部开采，采区工作面布置不合理，工作面之间净煤柱留设为12m，造成巷道压力大。

4）巷道水沟原采用混凝土预制，但由于底臌破坏，形成了自然水沟，水顺巷道向下流动，软岩进水后膨胀。有的地段底板表面根本看不到水，其实水流在底板岩层裂隙中流动。巷道冲尘使浸水也导致软岩膨胀。

底板有一层300mm 厚的铝土页岩，浸水后体积扩大，并形成流体，向软岩臌起的裂隙处蠕动。

正令矿井下巷道变形后重复维修，特别是由于底臌在巷道下底后，原有的平衡应力再次被打破，下底越频繁，变形越快，使巷道围岩的松动圈越来越大，又进一步加剧了锚杆松脱，锚索撅断，导致顶板下沉、底臌、两帮收缩，巷道多次返修，使得巷道愈修愈坏，形成了恶性循环。

3 底板控制技术尝试

为解决围岩支护技术难题，控制底臌现象的发生，正令煤业经过多方考察、论证，并寻求科研单位支持，尝试采用了“O”型封闭式支护和壁后注浆、底板加固、二次耦合支护措施。

1）在中央变电所采用锚网索喷及“O”型拱封闭式支护，试验段巷道长60m。设计巷道断面形状为圆形，掘断面24.6m2，净断面19.6m2。

（1）锚网索喷支护参数

巷道支护采用Φ20mm×2400mm 螺纹钢锚杆，Φ17.8mm×6000 mm 钢绞线锚索，锚杆间排距为800 mm×800mm，锚索间排距为1600mm×2400mm。

（2）O 型拱支护参数

O 型棚采用36号U 型钢制作，每架由6节组成，其中底梁长度为4475mm，其余5节梁长均为2950mm。每节之间搭接长度500mm，每个搭接处设4道卡缆，每节设一道拉杆，棚距为800mm（见图1）。先将两层钢筋网错格搭接在O 型拱上，用构木密背在钢筋网上，再用棚板、道木打井字垛配合楔子与顶板、两帮接严实、打紧，所有工序完成后喷浆50mm 封闭。

中央变电所60m 范围“O”型拱支护于2011年9月6日开始，年底结束。实践证明，锚网索喷+“O”型拱封闭式联合支护对控制软岩巷道底板变形有良好的效果，保持二年半后，中央变电所混凝土底板仅出现了轻微裂缝。

图1 0型拱示意

2）在轨道大巷从中部车场至上部车场采取了壁后注浆、底板加固及二次耦合支护工艺。

修复此段巷道的施工工艺为：刷大断面、锚网索喷支护、注浆。为了有效控制底臌，巷道底角及底板也进行支护，并进行注浆。底角锚杆、注浆孔从巷道的底角按45°倾角打入岩体，底板注浆孔垂直于底板布置。注浆完毕后，在巷道断面采用锚杆进行二次耦合补强支护。

（1）支护工艺流程

巷道锚网索喷（1周后）→巷道两帮及顶板注浆（3天后）→二次耦合支护（再次补打锚杆）→底板注浆。

（2）支护参数

支护参数包括锚网索喷支护参数和注浆支护参数。

①锚网索喷支护参数。巷道支护采用Φ20 mm×2400mm 螺纹钢锚杆、Φ17.8mm×6000mm 钢绞线锚索，锚杆间排距为800mm×800mm，锚索间排距为1600mm×2400mm，锚杆、锚索呈放射状矩形布置于巷道顶帮。顶帮均铺设Φ6mm×2000mm×1000mm 的钢筋网，钢筋网紧贴岩面布置在铁托盘内侧，网格100mm×100mm，每根锚杆、锚索配套一支 MSK2355 型树脂药卷和一支MSCK2355型树脂药卷（快速药卷在外部，超快速药卷在内部），全断面喷射混凝土，喷浆厚度100mm（见图2）。

图2 巷道断面支护

②注浆支护参数。施工时为了避开锚杆、锚索眼位，确保注浆孔间排距，喷浆前对注浆管进行封孔，注浆孔的间排距为1600mm×2400mm。注浆孔呈矩形布置，每孔安设一个锚注管，锚注管规格：为Ф26.8 mm×3000 mm，每一断面布置9个注浆孔（见图3）。

图3 注浆钻孔布置

（3）施工工艺

①注浆管的埋设：注浆孔打到设计深度，注浆管用生麻缠绕，施压下放入注浆孔内，封孔采用硫铝酸盐膨胀水泥，待凝固后方可进行注浆作业；②注浆压力、材料、浓度的选择：注浆终压确定为2.5～3.0 MPa（依据是根据浆液扩散半径和壁厚承受能力）；注浆选用P·S 32.5普通矿用硅酸盐水泥，水泥浆按0.8∶1 的水灰比配制；③注浆花管：由6′钢管加工而成，长3000mm，螺扣长50mm。距螺扣1000mm 处加工为凹凸段，用来缠绕生麻封孔。注浆管上的花眼不少于15个，眼距300 mm，管末端焊接锥型尖头（见图4）；④底板打孔：使用ZQJJ-200／1.8型架柱式钻机，采用Ф50mm 钻杆、Ф70mm 钻头钻底板孔。每根锚索采用一块1800mm 长的36＃U 型钢，一块规格为250 mm×250mm×10mm 的钢板，一套锁具，每孔安设一根3000mm 长4分锚注管、一根Φ21.6mm×6300mm 锚索，锚注管孔口加丝外露地平50mm，封口段长度1000mm，要求缠绕直径与钻眼直径一致，将锚索和锚注管一起放入钻眼内，在钻眼内灌入水泥浆，完成封孔。封孔后待注浆作业完成后，然后上铁板、U 型钢、锁具，将锚索锁紧。

图4 注浆管加工

从巷道表面位移观测结果来看，采用锚网喷、注浆、二次耦合支护后改变了围岩的物理力学性能，使巷道围岩强度和支承能力得到了显著的提高，减少了塑性变形，巷道变形量明显降低，有效地控制了巷道围岩的变形破坏。遗憾的是，一年半后，此段巷道又出现严重底臌，为满足运输需要，重新拉底扩修，在拉底扩修时不得不去除了底板锚梁。

4 底板控制改进思路

1）虽然“O”型拱封闭式支护成本高，每米维修费用为3.24万元，掘进速度慢，每月只有20m，但维修周期增加，由每年维修一次增加为5年小范围维修。而采用原普通的锚网索喷支护，每年每米扩修费用1.22万元。经过经济效益比较，“O”型拱封闭式支护是经济、安全、合理的，因此应在3条大巷大面积推广使用。

2）治底臌先治水。鉴于混凝土预制水沟容易底臌破坏，可采用PE管或水槽代替，沿巷道每隔一定距离挖一个集水井，用钢筋混凝土预制，使附近的底板水流入井内，通过滤网进入水管或水槽。严格控制施工用水浸入底板。

3）加固巷道帮角支护。在顶、帮支护强度足够的情况下，增加底角锚索，长度6300mm，从巷道的底角按45°倾角打入岩体，增加顶、帮支护形成“硬壳”的受力底面积，减弱巷道角部应力集中程度。

4）二次耦合支护由锚杆支护增长为锚索支护，将锚索打在未破坏的稳定岩层中，将顶、帮支护形成的“硬壳”悬吊到深部稳定岩层，减少“硬壳”传递到底板上的压力，从而减轻底臌的发生。

5）巷道一开挖就采用高强度预应力锚杆，采用全长锚固技术，减少围岩松动、变形，使围岩的持续变形得到有效控制。

6）巷道设计要合理，留设巷道保安煤柱要合理，应尽量采用大断面，允许巷道有一定的变形量，大巷布置于不同层位，寻找稳定坚硬岩石层位布置巷道。

7）进一步采用先进的矿压观测手段进行观测，根据工程现场条件，优化注浆参数，降低巷道支护成本。

〔1〕何满潮，孙晓明.中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南.科学出版社，2004.

〔2〕王其胜.深部软岩巷道矿压特征与支护技术研究.中南大学，2008.