摘要：文章根据平煤一矿高地应力软岩巷道破坏的实际情况，分析研究了该类巷道变形破坏机理，提出了钢筋网+U型钢支架+喷层，顶拱、两帮高强预应力锚杆+浅孔注浆进行一次支护，全断面滞后深孔注浆+高强预应力锚索为二次支护的分部联合支护方案。

关键词：高地应力；软弱围岩巷道；联合支护技术；深井；煤炭开采 文献标识码：A

中图分类号：TD353 文章编号：1009-2374（2016）12-0141-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.066

平煤矿区是我国中原地区最大的煤矿区，大多数矿井都已开拓延伸到地下800～1000米深度。随着开采深度的增加，高地应力与岩体强度不足的矛盾也越来越明显，使得地质条件恶化、大范围岩体进入松散破碎状态，支护后的巷道底鼓以及断面缩小严重，造成了大量的维修工作，同时也增加了支护成本，就当前使用的支护技术而言，已很难满足高地应力软弱围岩巷道支护的需要。为了从根本上把深部巷道围岩稳定性控制问题加以解决，本文研究了围岩巷道的分部联合支护技术，并提出了合理的支护方案。

1 平煤股份一矿三水平下延主运输巷工程简介

泥岩、砂质泥岩以及粗砂岩是本矿三水平下延主运输巷道围岩的主要构成材料。此巷标高为-550～200m范围内，巷道采用锚网喷支护，没有架棚。巷道两帮位移200mm，底臌500mm，根据已掘进巷道各围岩的变形情况，我们发现锚网喷支护段的两帮位移以及底臌量都发生了较大变化。

2 深部软岩巷道破坏的影响因素分析

2.1 巖体强度

平煤股份一矿三水平下延主运输巷大多变形破裂巷道处在泥岩、砂质泥岩和粗砂岩中。根据已掘进巷道各围岩的变形情况，可知锚网喷支护段的两帮位移以及底臌量都发生了较大变化。而这些泥岩、砂质泥岩和粗砂岩单轴抗压强度低，岩体的强度应力比较小，岩体强度与高地应力之间的矛盾成为影响深部巷道失稳的主要因素。

2.2 地下水的影响

区域内岩层含水量不大，没有大型蓄水构造，施工中巷道涌水主要是顶板淋水和生产用水，对施工影响不大。

2.3 地应力的影响

巷道开挖前，原岩应力越高，由于开挖卸荷产生的偏应力就越大，对深部巷道而言，近表围岩的围压通常会出现较大卸荷，而巷道周向的应力会得到大幅增加，这必然会增加围岩的剪应力。这两个方向上应力的升降使围岩高应力与低强度之间的矛盾也越来越激烈，这样开挖围岩后劣化速度必然会加快，最终造成巷道的失稳、变形破坏。

2.4 岩石物理力学性质的影响

岩石矿物组成分析测试表明，高岭石与伊利石是三水平下延主运输巷围岩的主要构成。它们都带有弱膨胀黏土矿物的性质，在遇到水的情况下易泥化、水解、软化，其膨胀量也是相当大的，所以高岭石以及伊利石遇水持续膨胀软化也是引起井底工程变形、失衡的重要原因。此外施工因素，如施工工艺以及施工技术也会对巷道的稳定性产生重要影响。

综合分析了影响巷道稳定性的主要因素，岩体强度、地下水、地应力大小、围岩物理力学性质、温度和施工质量等，其中高地应力和低岩体强度之间的矛盾是导致巷道失稳的主要因素。

3 变形破坏机理及支护对策

借助Phase2计算软件来对深部软岩巷道出现大变形破坏的机理进行分析，可知岩体垮落与滑移现象会首先发生于巷道拱顶、底板中央区与两侧边墙块体中，这样产生的破坏区主要是以张拉破坏为主的。而剪应力集中区会出现在巷道左右拱肩与两侧底角中。随着深度的加深破坏区范围也在不断延伸，便会出现很多以剪切破坏为主的破坏区，加之巷道变形量也在不断增大，最终造成失稳破坏现象。

基于以上对巷道变形破坏失稳机理的分析，可以采用以下对策来进行巷道支护：

最初在开挖巷道时，由于巷道表面受拉破坏，根据顶板的破碎程度确定是否进行U型钢架棚，如图1所示。

针对拱顶、底板中央、两边墙拉伸破坏区采用预应力锚索加固（如图2所示），这样不但可以对拱顶下沉的下沉现象进行有效控制，还可以有效控制底臌、两帮的收敛变形情况。

为了有效应对两拱肩剪应力比较集中的现象，可把锚杆适当加密（见图3），通过使锚杆抗剪强度与刚度增大的方式，对剪切破坏区的发展进行有效控制。

为了有效应对两侧底角的剪应力比较集中的现象，采用了增设帮脚锚杆与底角注浆锚管的方式（见图4）来使各围岩的抗剪强度得到提高，进而有效防止剪切滑移现象的出现；这边便可与底板锚索有效联合起来对底臌变形的变形情况共同进行抵抗。

注浆补强全断面，固结修复破裂损伤区的围岩，这样可以与锚杆/索共同构成一种联合加固的结构（见图5），进而更有力地保障巷道的长期稳定。

4 支护方案

4.1 总体设计思路

本设计采用分步联合支护理念，钢筋网+U型钢支架+喷层，顶拱、两帮高强预应力锚杆+浅孔注浆进行一次支护，全断面滞后深孔注浆+高强预应力锚索为二次支护，最后施作预底板注浆+锚索。

4.2 具体施工顺序

巷道开挖后施工工序为：挂钢筋网→架设36U型钢支架→初喷100mm厚C20混凝土→浅孔注浆→深孔注浆→施作预应力锚杆→施作预应力锚索→复喷50mm厚C20混凝土。

5 支护效果评价

5.1 在实测地应力和围岩条件下的强度评价

根据实测的地应力大小、方向和现场围岩条件，巷道开挖采用该支护方案后，计算巷道收敛变形，进行围岩稳定性分析，采用本支护方案后，肩顶最大位移控制为55mm，底臌控制在72mm范围内，均不超过150mm，能够有效控制围岩变形破坏，确保巷道稳定。

5.2 地应力增加时支护结构强度评价

该主运输巷是一条下山巷道，普遍来讲，随着埋深的增大地应力增加，应考虑当地应力随着埋深增大或因其他地质构造作用而增大时，该支护结构的强度是否满足要求。

本文进行了多种工况的比较，分别比较了地应力场的最大主应力为35MPa、40MPa、45MPa或地质条件恶化时围岩的稳定性，给出了相应的强度评价。

支护强度评价：当地应力超过45MPa或地质条件恶化时，采用该支护方案后围岩变形量较大，有必要进行补强支护。表1只是进行了理论计算，现场情况复杂多变，存在许多不确定性因素，当地应力未超过45MPa时，根据新奥法理念，现场监测，当围岩稳定性变差时，及时调整支护方案及相关支护参数。

6 结语

采用适合平煤矿区的深井高地应力软弱巷道支护方案在三水平下延主运输巷进行试验以来，取得了显著效果。成功应用了提出了钢筋网+U型钢支架+喷层，顶拱、两帮高强预应力锚杆+浅孔注浆进行一次支护，全断面滞后深孔注浆+高强预应力锚索为二次支护的分部联合支护技术。解决了巷道稳定性控制问题，显著改善了巷道生产安全状况，大大减少了巷道返修，实现了深井巷道支护方案的系统化，保证了稳产高产。

作者简介：侯恒元（1982-），男，河南焦作人，平煤股份一矿掘进一队技术员，研究方向：采矿工程。

（责任编辑：秦逊玉）