崔跟生

(阳泉煤业集团 大阳泉煤炭有限责任公司，山西 阳泉 045000)

1 工程概况

1.1 工程地质概况

查干淖尔煤矿副井落底标高+858 m，风井落底标高+837.5 m，埋深200 m，采用主斜、副立混合开拓，全井田划分为1个水平，水平设在2煤，可采煤层：2S2、2Sl、2、2Xl、2X2煤层，主采煤层：2煤，次要可采煤层为2S2煤，其他3层煤均为局部可采不稳定煤层。采煤方法与采煤工艺：2S2煤为一次采全厚，2煤为综采放顶煤及分层综采采煤方法。该矿煤田为一套山间湖沼相含煤沉积地层，煤层盆地中间厚，向盆缘迅速变薄直至尖灭。主要煤(岩)层综合柱状图见图1.

1.2 围岩特性

通过对该区弱胶结软岩岩性分析可知，水对围岩岩石的物理力学性质具有较大的影响，岩性也有很大的变化，遇水的条件下软岩表现出更加明显的变形、流变和易扰动特性。应明确含水层的位置，加强对含水段的预防，以减少水对围岩影响造成的破坏[1-3].

2 巷道原支护及破坏状况

矿井的主要巷道设在2号煤层中，为中生代白垩纪地层，成岩年代较晚，岩层胶结性较差，煤层顶、底板主要以泥岩、砂质泥岩为主。目前主要进行的是2煤辅运大巷和2煤回风大巷的施工，但是由于对侏罗-白垩系弱胶结软岩认识不足，在水平巷道的支护中，还没有形成有效的支护方法，造成施工缓慢，返修现象严重。

2.1 辅运大巷支护结构破坏

目前，2煤辅运大巷(西翼)已掘进施工至159.3 m位置，铺底至131 m位置。巷道初期设计支护形式为锚网喷+U36联合支护，但在辅运大巷掘进到67 m处，巷道后方多处出现了严重变形破坏，初始设计已不能满足支护要求。经研究决定，借鉴主斜井支护方法，确立了钢管砼支架+锚网+强力抗拉网+网喷联合支护的高强度支护方案，对巷道破坏段进行返修及下一步掘进施工。

钢管混凝土支架规格为西194 mm×10 mm浅底拱型，棚距0.7 m，并沿巷道轴方向铺设长3 000 mm、宽1 500 mm、厚5 mm的钢板，以保证巷道底板的整体性，初次铺底厚度700 mm，强度为C40，支护结构强度较大。

目前，在巷道返修段和迎头掘进中已按此方案进行施工，施工中严格按照正规循环作业，目前已取得了一定的效果。但在辅运大巷(西翼)134.8～143 m巷道段，因地压较大，底梁出现了明显变形，底板出现不同程度的上鼓变形，并且变形速度较快，在两天内部分支架底梁上鼓已达1.5 m. 而且由于底鼓变形量过大，有多个底梁出现断裂，部分巷道段出现沿中间部位整体折断现象。

图1 主要煤(岩)层综合柱状图

在后路辅运大巷西翼115～131 m段巷道底板发生较大的变性破坏，底鼓现象明显，并且变形速度很快。在115～135 m处巷道的底板出现了较大裂缝，同日带拖拉架稍微有些倾斜，部分底梁断裂，轨道和皮带拖拉架严重倾斜，已经影响正常施工，底板裂缝较大，并且是从中部鼓起。在辅运大巷西翼125 m左右处底板上鼓高达1.7 m，被迫再次停止施工，进行设备拆除。

2.2 回风大巷支护结构破坏

2煤回风大巷现已施工至222 m，在0～50 m段初始支护设计采用12#矿工字钢+锚网喷支护形式；在50～165.5 m段改进设计，调整为U36支架+锚网索喷+壁后水泥浆联合支护；施工至165 m处，揭露一个落差为17 m的正断层，于169 m处完全揭露，见断层后，加强支护强度，从165.5 m位置开始采用钢管混凝土支架+网喷联合支护形式，其钢管支架为西194 mm×12 mm浅底拱型支架，棚距0.7 m，同时在底板增加锚索束，并沿巷道轴方向铺设5 mm×900 mm×3 000 mm的钢板以增加支护的整体性，底梁上铺设一层d20 mm×250 mm钢筋网，钢筋保护层为100 mm，铺底厚为1 244 mm，强度为C40，同时底板做水窝拦水防止底板水流向迎头，减少水对围岩的影响，按此支护方案已掘进施工至222 m.

在回风大巷成巷约2个月后，在后路177～194 m段巷道右帮出现底板开裂、上鼓现象。为保证安全次日即进行卧底返修，但在开挖卧底过程中底板泥岩膨胀速度迅速，人工无法挖到设计深度，同时巷道两侧出现开裂，底梁发生明显弯曲现象。而回风大巷188～200 m段底鼓变形速度也明显加快，局部变形已经超过1 m腰线位置，位于2煤回风大巷183 m处右侧两架棚腿出现断开，而且底板钢筋严重变形，需要对该巷道变形严重区域进行重新支护设计。

3 支护方案设计

3.1 支护方案研究

根据经验分析，巷道变形严重段采用加强支护：一次高强、均匀让压，先柔后刚、柔让适度；二次强刚、阻抗防水，强化围岩、整体稳定。在支护(事件)、时间、空间(位置)三者关系上达到最佳结合[4-5].

软岩巷道的变形破坏往往是从局部开始的，支护不仅要有高强度，更要有整体稳定性。

1) 岩巷一次支护。

根据岩层情况可选用锚网喷+可缩性U型钢支架+抗阻桩方式。无法钻锚杆孔时，用射钉枪发射钉固定钢筋网。其工艺顺序为：喷射50 mm厚砼—锚网或射钉铺网—复喷50 mm厚混凝土—立即架设可缩性U型钢支架—在巷道两侧钻孔安装抗阻桩进行矿压观测，待巷道进入缓慢变形阶段时即采用加强支护。

2) 岩巷加强支护。

加强支护采用圈梁封闭支架+围岩锚注加固+让压、防水、混凝土复合反底拱方式。选用12号矿用工字钢圆形封闭双排梁结构形式。该支护结构具有较高的强度和刚度，在封闭圈梁连接处设有硬质胶垫；在封闭圈梁外均衡架设100～150 mm厚的缓冲让压层；围岩锚注加固采用高强螺旋式注浆锚杆和高强高压注浆锚索。混凝土复合反底拱采用炉渣混凝土可压缩层+纳米防水层+混凝土刚性层。

3.2 支护参数

在巷道破坏严重区段，结合围岩条件通过理论计算确定支护参数：

1) 自钻式螺旋锚杆：长度2 000 mm；锚杆间距1 000 mm，排距500 mm.

2) 顶板锚索束：巷道顶部正中、两肩(拱部45°处)各布置锚索束1组，每组由3根钢绞线组成，钢绞线规格d17.8 mm，锚索束长度8 000 mm，间距2 000 mm，排距1 000 mm. 采用单液水泥浆注浆，水灰比0.6，掺加1.0%的高效早强减水剂，注浆压力1.5 MPa. 设计锚索束预应力100 kN×3=300 kN.

3) 金属网：采用d6.5 mm钢筋制作，网格100 mm×100 mm，网片1 200 mm×600 mm.

4) 矿用工字钢U形支架：矿用工字钢圆形支架由4块12号矿用工字钢拼接而成，重量31 kg/m，每架540 kg，4条螺栓连接，连接处垫10 mm厚硬质橡胶，以缓冲压力。

5) 底板抗阻锚索束：在巷道底板设置3组抗阻锚索束，中部一组，两侧距帮部200 mm各一组，帮部锚索束向墙帮倾斜15°.抗阻锚索孔径75 mm，内装3根d17.8 mm钢绞线组成锚索束，锚索束长度8.0 m，设计锚索束预应力100 kN×3=300 kN，排距1 000 mm，锚索束用砂浆灌注。锚索束托盘为250 mm×250 mm×20 mm钢板。

4 支护效果分析

在对该矿弱胶结软岩岩巷支护加固的同时，进行了矿压监测，通过采集现场实际数据来观测支护情况。

1) 巷道表面位移监测。

巷道表面位移包括巷道两帮收敛变形量、顶底板收敛变形量、顶板下沉量和底鼓量。巷道表面位移采用测枪、卷尺进行测量。

2) 锚杆、锚索受力监测。

通过对锚杆锚索受力大小的检测，可以宏观地了解锚杆锚索工作状态，判断巷道围岩应力状况，从而确定巷道的稳定性与安全性，判断锚杆锚索在支护设计中的合理性，为支护设计提供实际理论数据。本次监测采用泰安科大洛赛尔传感技术有限公司生产的锚杆、锚索测力计、智能检测仪，测力计MGH-200(MGH-300)、智能检测仪GSJ-2A.监测曲线图见图2.

图2 监测曲线图

由图2可知，通过锚喷与架设U型钢支架的一次支护，改善了巷道围岩的整体性，提高了整体强度，两帮收敛变形与顶板位移量都被控制在一定范围内，并没有持续增长。加强支护采用了圈梁封闭支架与围岩锚注加固的支护形式，均匀让压并采用了混凝土复合反底拱方式，增强了围岩强度，防止了冒顶与底鼓的发生。巷道表面的收敛变形量、锚杆锚索测力计数据显示均在设计允许的范围内变化，这验证了本支护方案设计参数在工程实践中的合理性与可行性，能够维持弱胶结软岩岩巷的长期稳定。

5 结 论

本文针对查干淖尔矿辅运大巷、回风大巷变形严重的问题，对矿区的水文地质条件、围岩特性进行分析，得出巷道属于弱胶结软岩巷道。结合“一次高强、均匀让压，先柔后刚、柔让适度；二次强刚、阻抗防水，强化围岩、整体稳定”的原则对巷道支护进行优化设计，为查干淖尔矿类似的弱胶结软岩岩巷支护设计起到了一定的参考作用。