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摘要：针对潘一矿东区环形车场失修严重的问题，在现场观测的基础上，分析其破坏特征及其原因，提出采用锚网索和架棚分步联合支护技术进行巷道修复。工程实践表明，该套巷道修复技术有效地控制了巷道围岩的变形，取得了良好的支护效果。
关键词：深井高应力 锚网索支护 分步支护
1 工况概况
1.1 地质概况。潘一东区风井井底环形车场标高为-842m，地面标高为+23.2m，风井井筒施工至13-1煤层顶板6.7m处揭露F32正断层，该断层面倾向190°，倾角40°，断层落差约20m。根据井筒注浆孔及风井实际揭露地质资料分析，风井环形车场掘进区域范围内岩层主要为细砂岩、砂质泥岩和煤线，车场直接顶为泥岩，老顶为细砂岩，车场底板以煤线、泥岩和砂质泥岩等软岩为主，煤岩层产状约为170～180°∠6～8°。
1.2 试验巷道原有支护形式。风井环形车场巷道断面形状为直墙半园拱形，巷道净断面：5.6×4.4m，原有支护形式为锚网喷支护，主要支护参数：锚杆间排距为800×800mm，锚杆规格为Φ22×2500mm，钢筋网规格：1700×900mm、钢筋规格:Ф6.5mm，网孔规格：100×100mm，混凝土喷层厚度为150mm，混凝土强度等级为C20，锚索为规格：Φ17.8×6300mm，锚索间排距2400×2400mm。
2 已施工区段巷道变形破坏特征及其原因分析
通过对风井环形车场现场调研，总结井底车场已施工段巷道破坏形式主要表现为：
2.1 巷道底鼓严重，并沿纵向产生张裂现象，观测记录表明，一周最大底鼓量能达到300mm左右。造成环形车场巷道底鼓的原因主要如下：
一是由于巷道拱顶及两帮三个方向是有支护的，而底板是“弱面”，在两帮围岩的挤压作用下，产生了压模效应，底板岩体沿弱面剪切滑移并挤压其上部破碎岩体从而引起了流变性底鼓；
二是底板岩石有膨胀性，水加剧了具有膨胀性岩石的物理化学膨胀和力学膨胀，从而导致底鼓[1]。
2.2 巷道水平应力大，帮墙整体内移，混凝土喷层脱落、钢筋网外露，拱顶被挤成尖桃形。由于风井环形车场邻近F32断层，巷道围岩的应力环境复杂，巷道顶帮岩体在水平及垂直应力作用下发生剪切破坏，并在滑移及转动过程中迫使顶板相邻岩体转动失稳，从而导致巷道形成“尖桃”形，这也是巷道水平应力大于垂直應力的表现。
2.3 巷道开挖后卸荷迅猛，来压快，锚索施工后不到两天，锚索托板即出现了明显来压花纹，并且部分区段锚索出现了破断现象。这是由于风井环形车场埋藏深，岩层压力大、且以形变压力为主，原有支护强度不够，因此导致巷道开挖后卸荷迅猛，来压快。
3 风井环形车场修复方案
3.1 风井环形车场修复原则。巷道支护结构是巷道工程的一个重要组成部分，它和巷道围岩共同构成一个相互作用，共同承载的有机“围岩-支护”结构体。支护结构的作用不是被动地承受荷载，而是避免围岩过分的松动和强度的降低，从而保持围岩具有较好的自身稳定性[2]。支护结构不会自己失稳，它的失稳是围岩造成的，从这个意义上来说，支护结构失稳是被动的，即有荷载才会造成支护结构的失稳[3]。风井环形车场巷道所揭露的围岩主要为泥岩、花斑泥岩、砂岩、砂质泥岩及煤线，这类岩层在未风化时尚有一定的强度，但遇水、空气后极易风化、崩解，强度显著降低，根据这些条件，在风井环形车场巷修加固和巷道支护设计中必须要遵循以下原则：
3.1.1 及时封闭围岩。掘破岩后应及时喷射混凝土封闭岩面，防止围岩风化，减少围岩强度的损失。
3.1.2 提高围岩的残余强度。巷道开挖后应尽快完成初期支护的主体结构，使巷道围岩受力由二向应力状态转为三向应力状态，提高围岩的残余强度。
3.1.3 全断面支护原则。由于深井软岩巷道的变形压力来自四周，若对底板不及时支护，很容易造成底板鼓出。
3.1.4 分步支护原则。根据深井软岩巷道初期变形量大、变形速度快的特点，深井软岩巷道采用一次强阻力刚性支护来维护围岩一般是难以成功的。为适应软岩的变形特征，应采取分步支护的方法[4]。一次支护主要是加固围岩，提高其残余强度，最大限度地利用围岩的自承载能力，让围岩的形变压力在首次支护过程中得以充分释放。二次支护主要是给巷道围岩流变性荷载提供支护和安全储备作用，为了避免巷道产生过度变形，二次支护应在围岩变形稳定后实施[5]。
3.2 风井环形车场巷修加固施工工艺及技术参数。风井环形车场巷修首次支护采用锚网索支护方式，通过补打增加锚杆和锚索，在锚杆和锚索高阻支护过程中，最大限度地利用围岩的自承载能力，二次支护则采用架棚并进行喷注浆加固，架棚给围岩表面提供强大的刚性抗力，保持较高的支护强度，限制巷道围岩位移，减少不协调变形。具体施工及技术参数如下：
3.2.1 对于巷宽达不到设计要求的区段，先用长把手镐或风镐找顶、刷帮至巷道设计尺寸。
3.2.2 初喷50mm左右混凝土喷层达到圆滑平整，然后挂网、并在前期所施工锚杆档棚（巷道拱基线以上拱顶位置）逐排补打锚杆，锚杆规格Φ22×2500mm，锚杆材质均为MG400锚杆间排距：800×800mm。
3.2.3 在巷道易破坏的关键部位拱顶及两拱肩位置隔排增打补强锚索，补强锚索规格：Φ21.8×7300mm，补强锚索的预紧力不小于100KN，眼孔深度7m，安装锚索时每孔使用4卷Z2350树脂药卷。
3.2.4 套架U型钢支架，U型钢支架规格为U29，棚距600mm，并用钢筋笆片腰帮过顶。
3.2.5 复喷混凝土，混凝土喷层厚度为100mm，混凝土强度等级为C20，配合比水泥：黄砂：碎石=1：2：2。
3.2.6 对巷道拱顶及巷帮进行注浆加固。每断面布置7个注浆孔，排距2400mm，间距1800mm。
4 支护效果
为了监测支护的效果，对巷道采用了十字布点法进行了表面位移监测以及安装顶板离层仪和多点位移计进行了离层监测，以分析围岩是否进入了稳定状态。巷道位移监测包括两帮相对移近量和顶底板移近量。其监测结果表明，观测期间最大累计顶板下沉量为371mm，两帮移近量最大为201mm。
5 结语
5.1 由于风井环形车场埋藏深、地压大、软岩区段多的特殊性，因此单一锚网喷支护或单一架棚支护均很难满足巷道支护要求。
5.2 工程实践表明，经过锚网索首次支护之后，巷道变形问题得到了初步的改善，采用套棚并进行喷注浆加固的二次支护措施，为围岩表面提供刚性抗力，同时喷注浆措施进一步保证了岩体的完整性及其工程质量，限制巷道围岩位移。
5.3 深井软岩返修巷道采用上述分步联合支护方案是有效且可靠的，维修后的巷道断面规格能满足巷道安全使用需求，该方案有效地解决了潘一东矿环形车场支护问题。
参考文献:
[1]姜耀东.巷道底鼓机理的及其控制方法的研究[D].徐州:中国矿业大学，2005.
[2]何满潮，谢和平.深部开采岩体力学研究[J].岩石力学与工程学报， 2005，24(16):2803～2813.
[3]董方庭，宋宏伟，郭志宏等.巷道围岩松动圈支护理论[J].煤炭学报，1994(1).
[4]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[M].北京:科学出版社，2004.
[5]李明远.软岩巷道锚注支护理论与实践[M].北京:煤炭工业出版社，2001.
关键词：深井高应力 锚网索支护 分步支护
1 工况概况
1.1 地质概况。潘一东区风井井底环形车场标高为-842m，地面标高为+23.2m，风井井筒施工至13-1煤层顶板6.7m处揭露F32正断层，该断层面倾向190°，倾角40°，断层落差约20m。根据井筒注浆孔及风井实际揭露地质资料分析，风井环形车场掘进区域范围内岩层主要为细砂岩、砂质泥岩和煤线，车场直接顶为泥岩，老顶为细砂岩，车场底板以煤线、泥岩和砂质泥岩等软岩为主，煤岩层产状约为170～180°∠6～8°。
1.2 试验巷道原有支护形式。风井环形车场巷道断面形状为直墙半园拱形，巷道净断面：5.6×4.4m，原有支护形式为锚网喷支护，主要支护参数：锚杆间排距为800×800mm，锚杆规格为Φ22×2500mm，钢筋网规格：1700×900mm、钢筋规格:Ф6.5mm，网孔规格：100×100mm，混凝土喷层厚度为150mm，混凝土强度等级为C20，锚索为规格：Φ17.8×6300mm，锚索间排距2400×2400mm。
2 已施工区段巷道变形破坏特征及其原因分析
通过对风井环形车场现场调研，总结井底车场已施工段巷道破坏形式主要表现为：
2.1 巷道底鼓严重，并沿纵向产生张裂现象，观测记录表明，一周最大底鼓量能达到300mm左右。造成环形车场巷道底鼓的原因主要如下：
一是由于巷道拱顶及两帮三个方向是有支护的，而底板是“弱面”，在两帮围岩的挤压作用下，产生了压模效应，底板岩体沿弱面剪切滑移并挤压其上部破碎岩体从而引起了流变性底鼓；
二是底板岩石有膨胀性，水加剧了具有膨胀性岩石的物理化学膨胀和力学膨胀，从而导致底鼓[1]。
2.2 巷道水平应力大，帮墙整体内移，混凝土喷层脱落、钢筋网外露，拱顶被挤成尖桃形。由于风井环形车场邻近F32断层，巷道围岩的应力环境复杂，巷道顶帮岩体在水平及垂直应力作用下发生剪切破坏，并在滑移及转动过程中迫使顶板相邻岩体转动失稳，从而导致巷道形成“尖桃”形，这也是巷道水平应力大于垂直應力的表现。
2.3 巷道开挖后卸荷迅猛，来压快，锚索施工后不到两天，锚索托板即出现了明显来压花纹，并且部分区段锚索出现了破断现象。这是由于风井环形车场埋藏深，岩层压力大、且以形变压力为主，原有支护强度不够，因此导致巷道开挖后卸荷迅猛，来压快。
3 风井环形车场修复方案
3.1 风井环形车场修复原则。巷道支护结构是巷道工程的一个重要组成部分，它和巷道围岩共同构成一个相互作用，共同承载的有机“围岩-支护”结构体。支护结构的作用不是被动地承受荷载，而是避免围岩过分的松动和强度的降低，从而保持围岩具有较好的自身稳定性[2]。支护结构不会自己失稳，它的失稳是围岩造成的，从这个意义上来说，支护结构失稳是被动的，即有荷载才会造成支护结构的失稳[3]。风井环形车场巷道所揭露的围岩主要为泥岩、花斑泥岩、砂岩、砂质泥岩及煤线，这类岩层在未风化时尚有一定的强度，但遇水、空气后极易风化、崩解，强度显著降低，根据这些条件，在风井环形车场巷修加固和巷道支护设计中必须要遵循以下原则：
3.1.1 及时封闭围岩。掘破岩后应及时喷射混凝土封闭岩面，防止围岩风化，减少围岩强度的损失。
3.1.2 提高围岩的残余强度。巷道开挖后应尽快完成初期支护的主体结构，使巷道围岩受力由二向应力状态转为三向应力状态，提高围岩的残余强度。
3.1.3 全断面支护原则。由于深井软岩巷道的变形压力来自四周，若对底板不及时支护，很容易造成底板鼓出。
3.1.4 分步支护原则。根据深井软岩巷道初期变形量大、变形速度快的特点，深井软岩巷道采用一次强阻力刚性支护来维护围岩一般是难以成功的。为适应软岩的变形特征，应采取分步支护的方法[4]。一次支护主要是加固围岩，提高其残余强度，最大限度地利用围岩的自承载能力，让围岩的形变压力在首次支护过程中得以充分释放。二次支护主要是给巷道围岩流变性荷载提供支护和安全储备作用，为了避免巷道产生过度变形，二次支护应在围岩变形稳定后实施[5]。
3.2 风井环形车场巷修加固施工工艺及技术参数。风井环形车场巷修首次支护采用锚网索支护方式，通过补打增加锚杆和锚索，在锚杆和锚索高阻支护过程中，最大限度地利用围岩的自承载能力，二次支护则采用架棚并进行喷注浆加固，架棚给围岩表面提供强大的刚性抗力，保持较高的支护强度，限制巷道围岩位移，减少不协调变形。具体施工及技术参数如下：
3.2.1 对于巷宽达不到设计要求的区段，先用长把手镐或风镐找顶、刷帮至巷道设计尺寸。
3.2.2 初喷50mm左右混凝土喷层达到圆滑平整，然后挂网、并在前期所施工锚杆档棚（巷道拱基线以上拱顶位置）逐排补打锚杆，锚杆规格Φ22×2500mm，锚杆材质均为MG400锚杆间排距：800×800mm。
3.2.3 在巷道易破坏的关键部位拱顶及两拱肩位置隔排增打补强锚索，补强锚索规格：Φ21.8×7300mm，补强锚索的预紧力不小于100KN，眼孔深度7m，安装锚索时每孔使用4卷Z2350树脂药卷。
3.2.4 套架U型钢支架，U型钢支架规格为U29，棚距600mm，并用钢筋笆片腰帮过顶。
3.2.5 复喷混凝土，混凝土喷层厚度为100mm，混凝土强度等级为C20，配合比水泥：黄砂：碎石=1：2：2。
3.2.6 对巷道拱顶及巷帮进行注浆加固。每断面布置7个注浆孔，排距2400mm，间距1800mm。
4 支护效果
为了监测支护的效果，对巷道采用了十字布点法进行了表面位移监测以及安装顶板离层仪和多点位移计进行了离层监测，以分析围岩是否进入了稳定状态。巷道位移监测包括两帮相对移近量和顶底板移近量。其监测结果表明，观测期间最大累计顶板下沉量为371mm，两帮移近量最大为201mm。
5 结语
5.1 由于风井环形车场埋藏深、地压大、软岩区段多的特殊性，因此单一锚网喷支护或单一架棚支护均很难满足巷道支护要求。
5.2 工程实践表明，经过锚网索首次支护之后，巷道变形问题得到了初步的改善，采用套棚并进行喷注浆加固的二次支护措施，为围岩表面提供刚性抗力，同时喷注浆措施进一步保证了岩体的完整性及其工程质量，限制巷道围岩位移。
5.3 深井软岩返修巷道采用上述分步联合支护方案是有效且可靠的，维修后的巷道断面规格能满足巷道安全使用需求，该方案有效地解决了潘一东矿环形车场支护问题。
参考文献:
[1]姜耀东.巷道底鼓机理的及其控制方法的研究[D].徐州:中国矿业大学，2005.
[2]何满潮，谢和平.深部开采岩体力学研究[J].岩石力学与工程学报， 2005，24(16):2803～2813.
[3]董方庭，宋宏伟，郭志宏等.巷道围岩松动圈支护理论[J].煤炭学报，1994(1).
[4]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[M].北京:科学出版社，2004.
[5]李明远.软岩巷道锚注支护理论与实践[M].北京:煤炭工业出版社，2001.