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[摘 要]本文以某礦井井底车场的实际条件为基础，探讨了井底车场围岩连锁破坏机理，提出了合理的加固方案，并在现场得到了应用。实践效果表明，采用锚网喷注耦合支护技术，可有效控制复杂条件下井底车场的围岩，使其保持长期稳定。
[关键词]深井，复杂条件，井底车场，围岩控制
中图分类号：TD163 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）09-0178-02
1 引言
由于我国第三纪新生代煤田的不断开采及老矿井开采的延深，浅部煤炭资源逐渐枯竭，许多煤矿不得不逐渐转向深部开采，深井矿井的数量和分布范围会继续增加和扩大，深井巷道支护问题将变得更加突出。井底车场作为矿井的咽喉部位，尤其是马头门区域，具有断面大、硐室群分布较集中、应力分布复杂、岩体稳定性较其他部位差、服务年限长等特点，在深部矿井中，其围岩基本为软岩，非线性大变形特征明显，单一的支护方式难以控制。本文根据某深井复杂条件下井底车场围岩的具体条件，对井底车场尤其是马头门区域的围岩控制技术进行探讨，以期为矿井的安全开采提供一定的借鉴。
2 工程技术条件概况
2.1 地质条件概况
某矿井底车场围岩性质比较差，所处地层为下二叠统山西组，主要岩性成分为灰色、深灰色铝质泥岩、泥岩、砂岩组成，岩性较差，且岩层厚度较薄。从矿井检测孔实测柱状图上不难看出：岩体多呈5～50cm厚度的薄层状岩层分布，并经过多次回转，岩层自稳性能差。
马头门区域井巷围岩性质较差，所处地层为下二叠统山西组，主要岩性成分为灰色、深灰色铝质泥岩、泥岩、砂岩组成，岩性较差，且岩层厚度较薄。围岩岩石硬度系数平均小于3，较软，在经受水或者风化影响后，强度降低幅度很大，切膨胀现象明显。部分泥岩顶板中含0.3～0.5m厚的粉砂岩，岩体多呈5～50cm厚度的薄层状岩层分布，并经过多次回转，岩层自稳性能差。
2.2 维护现状及评价
根据巷道的设计断面尺寸及用途，原始支护采用混凝土砌碹，碹体厚度750mm，并配合锚喷支护，但仍然难以有效控制围岩变形。现有的混凝土砌碹支护和锚喷支护（参数为800×800mm长2.2m，Φ20mm锚杆支护），虽然同期进行了每排三根锚索、排距2.4m的锚索加固，但从控制效果来看，巷道的变形仍较大。马头门区域底板为开放式敞底，底板未得到有效控制，底臌量大，局部已经反复卧底处理。
马头门区域施工两年多，整体结构尚好，但部分巷道矿压显现强烈，碹体开裂严重，两帮移近明显，二次喷层与初次喷层未有效处理，离层超过200mm，顶板下沉剧烈、底鼓严重。根据后期工程的扰动及实际控制效果来看，现有支护体的围压不足0.2MPa。而大量实践表明，如果后期的进行补强加固，整体围岩应达到0.4MPa的临界支护强度，才能保证层状巷道的常是有效控制。
3 围岩破坏机理及加固方案
3.1 围岩连锁破坏机理
巷道开挖后，围岩附近将产生应力集中，岩体在高应力的作用下表现为塑性变形量的增加。尤其在马头门区域附近，塑性变形产生的位移分为两个方向，一个是指向马头门，另一个指向井筒。将围岩视为连续、均质、理想弹塑性介质，马头门构造如图3-1所示。向马头门方向的变形位移在遇到支护结构时就转化为作用于结构上荷载。当马头门支护结构的强度不足时，首先就引起支护结构的破坏。使支护对围岩的抗力减小甚至丧失，加速了围岩变形，从而造成刚性连结结构和井壁的连锁破坏。
巷道所处围岩多为泥岩，围岩岩石强度低，浸水后易泥化、崩解、膨胀，是造成巷道拘帮、底臌主要原因；马头门区域硐室分布集中，小煤柱造成的应力集中程度明显；由于马头门区域埋藏深度较大，原始应力高，工程岩体内的应力环境复杂，各类硐室、通道密集分布。工程岩体内的应力经反复扰动、难以平衡。另外，实际揭露的为砂质泥岩和泥岩，围岩强度低，且遇水后易泥化、崩解、膨胀，这是造成巷道损坏的一个重要原因。
3.2 有效的围岩加固方案
井底车场加固范围共77m，主要为马头门区域，其中井筒北侧42m，南侧35m，全长加固段共分为为A段、B段、C段和D段4个部分，如图3-2所示。
A段、D段加固方案：
1）刷阔：底板0.81m，帮部墙脚200mm；
2）注浆：全断面深浅孔低压注浆，注浆材料525硫铝酸盐快硬水泥，水灰比1：0.8；
3）底板反底拱：11#矿用工字钢横向轧制而成，轧制半径8.3m，拱高0.5m。
4）浇筑地坪：混凝土C20，厚度200mm；
5）锚索：顶板锚索梁+帮补桁架锚索梁。
B段加固方案：
1）刷阔：底板2.11m，帮部墙脚2.0m；
2）注浆：全断面深浅孔低压注浆，注浆材料525硫铝酸盐快硬水泥，水灰比1：0.8；
3）底板反底拱：11#矿用工字钢横向轧制，轧制半径8.3m，拱高0.5m。
4）浇筑地坪：混凝土C20，浇筑200mm；
5）锚索：顶板锚索梁+帮补桁架锚索梁。
C段加固方案：
1）刷阔：底板1.86m，帮部墙脚1.25m；
2）注浆：全断面深浅孔低压注浆，注浆材料525硫铝酸盐快硬水泥，水灰比1：0.8；
3）底板反底拱：11#矿用工字钢横向轧制，轧制半径8.3m，拱高0.5m。
4）浇筑地坪：混凝土C20，厚度200mm；
5）锚索：顶板锚索梁+帮补桁架锚索梁。
4加固方案现场效果检验
为检验锚网喷注耦合支护加固效果，在此返修段对围岩变形进行了表面位移实施了动态观测，大量观测数据表明，锚网喷注组合支护技术能够较好的实现马头门区域井巷的稳定支护目的。
从图3可以看出：锚网喷注耦合支护后，由于浆液和围岩的相互作用还在继续，浆液还没有充分发挥其作用。因此，一开始围岩也有少量变形但很快趋于平衡，此时的顶底板位移曲线近于一条直线。说明巷道围岩基本稳定，围岩变形量不会随时间推移继续变大。与返修前巷道相比，围岩稳定性明显增强，左右帮内移量仅有6mm，顶板下沉量仅4mm，底鼓量为5mm，且都已稳定。
4 结语
锚网喷注耦合支护时注浆既加固围岩，又可为锚杆提供可靠着力基础，使围岩强度和承载能力得到显著提高，巷道变形量明显降低，是一种很好主动支护形式，较好地解决深部巷道支护问题。在该矿井的现场试验表明，采用锚网喷注耦合支护技术，可将松散破碎的围岩胶结成整体，提高了岩体的强度，使巷道保持稳定而不易产生破坏；同时，利用注浆充填围岩裂隙，配合锚网喷支护，可以形成一个多层有效组合拱，极大地提高支护结构的整体性和围岩的自身承载能力，可推广应用。
参考文献
[1] 林健.高强度高刚度强力锚固支护体系在深部高应力软岩巷道的应用研究[J].煤矿开采，2006（73）.
[2] 刘永辉，林登阁，魏明俐，等.高应力富水岩层马头门支护加固研究[J]. 煤，2010，09（002）.
[关键词]深井，复杂条件，井底车场，围岩控制
中图分类号：TD163 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）09-0178-02
1 引言
由于我国第三纪新生代煤田的不断开采及老矿井开采的延深，浅部煤炭资源逐渐枯竭，许多煤矿不得不逐渐转向深部开采，深井矿井的数量和分布范围会继续增加和扩大，深井巷道支护问题将变得更加突出。井底车场作为矿井的咽喉部位，尤其是马头门区域，具有断面大、硐室群分布较集中、应力分布复杂、岩体稳定性较其他部位差、服务年限长等特点，在深部矿井中，其围岩基本为软岩，非线性大变形特征明显，单一的支护方式难以控制。本文根据某深井复杂条件下井底车场围岩的具体条件，对井底车场尤其是马头门区域的围岩控制技术进行探讨，以期为矿井的安全开采提供一定的借鉴。
2 工程技术条件概况
2.1 地质条件概况
某矿井底车场围岩性质比较差，所处地层为下二叠统山西组，主要岩性成分为灰色、深灰色铝质泥岩、泥岩、砂岩组成，岩性较差，且岩层厚度较薄。从矿井检测孔实测柱状图上不难看出：岩体多呈5～50cm厚度的薄层状岩层分布，并经过多次回转，岩层自稳性能差。
马头门区域井巷围岩性质较差，所处地层为下二叠统山西组，主要岩性成分为灰色、深灰色铝质泥岩、泥岩、砂岩组成，岩性较差，且岩层厚度较薄。围岩岩石硬度系数平均小于3，较软，在经受水或者风化影响后，强度降低幅度很大，切膨胀现象明显。部分泥岩顶板中含0.3～0.5m厚的粉砂岩，岩体多呈5～50cm厚度的薄层状岩层分布，并经过多次回转，岩层自稳性能差。
2.2 维护现状及评价
根据巷道的设计断面尺寸及用途，原始支护采用混凝土砌碹，碹体厚度750mm，并配合锚喷支护，但仍然难以有效控制围岩变形。现有的混凝土砌碹支护和锚喷支护（参数为800×800mm长2.2m，Φ20mm锚杆支护），虽然同期进行了每排三根锚索、排距2.4m的锚索加固，但从控制效果来看，巷道的变形仍较大。马头门区域底板为开放式敞底，底板未得到有效控制，底臌量大，局部已经反复卧底处理。
马头门区域施工两年多，整体结构尚好，但部分巷道矿压显现强烈，碹体开裂严重，两帮移近明显，二次喷层与初次喷层未有效处理，离层超过200mm，顶板下沉剧烈、底鼓严重。根据后期工程的扰动及实际控制效果来看，现有支护体的围压不足0.2MPa。而大量实践表明，如果后期的进行补强加固，整体围岩应达到0.4MPa的临界支护强度，才能保证层状巷道的常是有效控制。
3 围岩破坏机理及加固方案
3.1 围岩连锁破坏机理
巷道开挖后，围岩附近将产生应力集中，岩体在高应力的作用下表现为塑性变形量的增加。尤其在马头门区域附近，塑性变形产生的位移分为两个方向，一个是指向马头门，另一个指向井筒。将围岩视为连续、均质、理想弹塑性介质，马头门构造如图3-1所示。向马头门方向的变形位移在遇到支护结构时就转化为作用于结构上荷载。当马头门支护结构的强度不足时，首先就引起支护结构的破坏。使支护对围岩的抗力减小甚至丧失，加速了围岩变形，从而造成刚性连结结构和井壁的连锁破坏。
巷道所处围岩多为泥岩，围岩岩石强度低，浸水后易泥化、崩解、膨胀，是造成巷道拘帮、底臌主要原因；马头门区域硐室分布集中，小煤柱造成的应力集中程度明显；由于马头门区域埋藏深度较大，原始应力高，工程岩体内的应力环境复杂，各类硐室、通道密集分布。工程岩体内的应力经反复扰动、难以平衡。另外，实际揭露的为砂质泥岩和泥岩，围岩强度低，且遇水后易泥化、崩解、膨胀，这是造成巷道损坏的一个重要原因。
3.2 有效的围岩加固方案
井底车场加固范围共77m，主要为马头门区域，其中井筒北侧42m，南侧35m，全长加固段共分为为A段、B段、C段和D段4个部分，如图3-2所示。
A段、D段加固方案：
1）刷阔：底板0.81m，帮部墙脚200mm；
2）注浆：全断面深浅孔低压注浆，注浆材料525硫铝酸盐快硬水泥，水灰比1：0.8；
3）底板反底拱：11#矿用工字钢横向轧制而成，轧制半径8.3m，拱高0.5m。
4）浇筑地坪：混凝土C20，厚度200mm；
5）锚索：顶板锚索梁+帮补桁架锚索梁。
B段加固方案：
1）刷阔：底板2.11m，帮部墙脚2.0m；
2）注浆：全断面深浅孔低压注浆，注浆材料525硫铝酸盐快硬水泥，水灰比1：0.8；
3）底板反底拱：11#矿用工字钢横向轧制，轧制半径8.3m，拱高0.5m。
4）浇筑地坪：混凝土C20，浇筑200mm；
5）锚索：顶板锚索梁+帮补桁架锚索梁。
C段加固方案：
1）刷阔：底板1.86m，帮部墙脚1.25m；
2）注浆：全断面深浅孔低压注浆，注浆材料525硫铝酸盐快硬水泥，水灰比1：0.8；
3）底板反底拱：11#矿用工字钢横向轧制，轧制半径8.3m，拱高0.5m。
4）浇筑地坪：混凝土C20，厚度200mm；
5）锚索：顶板锚索梁+帮补桁架锚索梁。
4加固方案现场效果检验
为检验锚网喷注耦合支护加固效果，在此返修段对围岩变形进行了表面位移实施了动态观测，大量观测数据表明，锚网喷注组合支护技术能够较好的实现马头门区域井巷的稳定支护目的。
从图3可以看出：锚网喷注耦合支护后，由于浆液和围岩的相互作用还在继续，浆液还没有充分发挥其作用。因此，一开始围岩也有少量变形但很快趋于平衡，此时的顶底板位移曲线近于一条直线。说明巷道围岩基本稳定，围岩变形量不会随时间推移继续变大。与返修前巷道相比，围岩稳定性明显增强，左右帮内移量仅有6mm，顶板下沉量仅4mm，底鼓量为5mm，且都已稳定。
4 结语
锚网喷注耦合支护时注浆既加固围岩，又可为锚杆提供可靠着力基础，使围岩强度和承载能力得到显著提高，巷道变形量明显降低，是一种很好主动支护形式，较好地解决深部巷道支护问题。在该矿井的现场试验表明，采用锚网喷注耦合支护技术，可将松散破碎的围岩胶结成整体，提高了岩体的强度，使巷道保持稳定而不易产生破坏；同时，利用注浆充填围岩裂隙，配合锚网喷支护，可以形成一个多层有效组合拱，极大地提高支护结构的整体性和围岩的自身承载能力，可推广应用。
参考文献
[1] 林健.高强度高刚度强力锚固支护体系在深部高应力软岩巷道的应用研究[J].煤矿开采，2006（73）.
[2] 刘永辉，林登阁，魏明俐，等.高应力富水岩层马头门支护加固研究[J]. 煤，2010，09（002）.