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[摘 要]通过对许疃煤矿33采区运输下山（下段）在高应力软岩条件下快速掘进中遇到的支护难题进行研究，结合理论分析及现场实际，提出了合理的支护方案，以较小的投入取得了理想的支护效果。为巷道的安全施工和快速掘进提供有利的技术保障，具有推广运用价值。
[关键词]高应力 软岩 支护方案 推广应用
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0042-01
0、前言
随着煤矿开采深度的不断增加，巷道围岩环境变得越来越复杂，受到原岩应力和构造应力的复合作用，围岩强度达到其破坏极限，巷道变形严重，顶板下沉，底板鼓起，两帮移近，围岩破碎，而且长时间作用下呈现出软岩流变的特点，维护十分困难。
淮北矿业集团许疃煤矿33采区运输下山（下段）受其设计位置的特殊性，属高难度支护巷道。主要体现为：巷道围岩强度低、埋深大、地应力较大、服务时间长。33采区运输下山（下段）根据实际情况，综合理论分析，利用锚杆锚索提高壳体整体的承载力和稳定性，特别是采用底角锚杆加强巷道的稳定性，辅以注浆加固等手段，取得了良好的支护效果
1、工程地质概况
33采区运输下山（下段）上接33采区-720m车场联巷，下至-800m车场联巷， 倾角14°，全长419m。巷道设计尺寸为净宽×净高=4000×3600mm，施工过程中，巷道将穿越3条断层，分别为：DF=333<70°H=0～4m，DF=337 <50°～80°H=0～25m，DF=375<70°H=0～-3m。
根据采区煤岩层综合柱状图可知，-745m以上巷道底板基本处于泥岩之中，-745m～-755m粉砂岩从底板扩展至顶板；-755m至斜巷底部，巷道底板基本处于粉砂岩之中。斜巷底部至平巷50m处，泥岩从顶板渐至底板；50m之后，巷道完全被泥岩包围，底板距下部粉砂岩层距离渐远，靠近-800m水平位置，底板泥岩厚度近14m左右，同时顶板接近上部粉砂岩层。
2、理论分析
依据33采区运输下山（下段）工程地质、围岩性质、地应力以及结合相关理论分析，许疃煤矿33采区运输下山（下段）围岩变形因素主要体现在高地压（含采动影响）、围岩应力状态变化和巷道底臌等几个方面。
（1）高地压（含采动影响）：33采区运输下山（下段）上自-720m水平，下至-800m水平，根据矿井建井资料，矿区地表标高约+27m，运输下山（下段）埋深为747～827m，若上覆岩层平均密度按2700kg/m3考虑，在不考虑构造及采动影响的前提下，垂直应力：σz=γH，理论上达到20.17～21.88Mpa，原始地应力大。
根据33采区巷道布置，布置五条下山，巷道之间的水平间距为20m～25m，相距较近，彼此产生次生应力叠加；此外，采区为双翼布置回采工作面开采，后期工作面回采会在巷道上面留设大量不规则形状的保护煤柱，根据33采区上部留设的煤柱经验，一翼留设保护煤柱约为80m，现有研究结果表明，工作面回采后在煤柱内形成的支承压力往往数倍于原岩应力，由于煤柱内积聚的支承压力将向底板进行传递，使得各采区主体巷道所处的应力水平显著增高。因此，几方面共同影响产生的高地压将对巷道围岩的稳定性造成很大威胁。
（2）围岩应力状态变化：当巷道开挖后，巷道围岩的表面部分的受力由原先的三向压应力状态转变成了二向应力状态，导致围岩应力状态改变，应力状态的改变导致了巷道围岩一定范围内质点的体积与形状发生变化，每一质点体积与形状的变化均会导致相邻质点的位移，于是就形成了围岩质点的流动。在厚软岩层中，由于上下左右均是软弱围岩，因应力状态改变所导致的质点位移来自于巷道的四面八方，由于围岩的蠕变位移过程收不到相关约束力的作用，很长时期内巷道围岩蠕变的动力不仅不会衰减，反而会随着围岩松动圈的扩大而加快速度，松动圈对支护材料的压力也会随着松动圈的扩大而增加。
（3）巷道底臌：对于软岩巷道，底臌往往是导致巷道整体破坏的主要原因。巷道开挖后由于应力集中的影响均会出现破碎、松动、塑性，形成破碎圈、松动圈和塑性圈，松动圈、塑性圈的外围在地压的作用下自动形成压力拱，上、下、左、右四部分的压力拱之间因为要传递环向应力，从而形成封闭的环向应力环。水平地应力较大时，环向应力圈的上下部分中的环向应力值较大，此时基于岩石的蠕变效应，该部位岩体将发生径向方向的较大应变，进而引起质点的移动，下方发生底臌，上方发生冒顶。目前我国巷道支护都是采用一定的手段对帮顶进行支护，底板不加支护，正是由于底板没有支护，故软岩巷道的破坏均从底臌开始。
3、支护措施
（1）支護方式：采用锚网喷+帮顶锚索（双网双盘）（7～8根）+底角锚杆+全断面注浆综合支护方式。
（2）支护材料：采用M22 L=2800mm等强长丝锚杆（尾部丝杆部分长250mm，即采用长丝锚杆），M24 L=3000mm等强长丝锚杆，用φ6mm圆钢满焊的金属网，网孔100mm×100mm，锚索规格：φ22mm L=6300mm；C20混凝土喷层，厚150mm。
（3）支护参数：
（帮顶锚杆：间排距为700mm×700mm，全断面15根。沿巷道顶部中心线对称布置，顶部中心1根，左右各7根，帮部最下方2根用底角锚杆替代。每根锚杆采用两节Z2550型树脂药卷加长锚固，喷层总厚度为150mm，强度不小于C20；第一层锚盘采用10×100×100mm蝶形托盘；第二层锚盘采用10×150×150mm。
（锚索：全断面布置7根锚索，顶部3根锚索，间排距1500mm×1600mm，沿巷道中心线对称布置；帮部布置4根锚索，每帮2根，间排距700 mm×1600mm，上下交错布置，下排锚索距底板设计水平400mm。 （混凝土喷层：混凝土喷层分两次进行，首喷120mm，7天后挂二层网，上二层托盘（锚杆和锚索），然后再喷30mm。
（底角锚杆：底角锚杆在二次喷射混凝土前施工，锚杆选用M22L=3000mm等强锚杆，角度与水平呈450，位置处于帮底交界处。底角锚杆排距为700mm。
（锚网：用φ6mm圆钢满焊的金属网，网孔100mm×100mm
（注浆：注浆采用全断面注浆，注浆孔排距3200mm，每断面7个，底板2个，沿底板宽度等分布置。帮顶共布置5个注浆孔，以顶中对称，等间距布置。浆液采用水泥水玻璃浆液，水泥采用525#，水玻璃浓度45Bˊe，用量为水泥重量的3%～5%，浆液水灰比为0.7，最大注浆压力2.0 MPa，注浆时间以达到注浆压力后保持10min为准。
4、矿压监测
为了观测锚杆支护效果，研究支护参数的现实合理性，需设置相应的测站，对围岩表面位移进行观测。观测内容为：巷道表面位移、巷道围岩内部移动、围岩结构及状态监测、螺母拧紧力矩。原则上锚杆支护参数改变时便设测站观测上述各项内容，顶板离层观测每隔30～50m在巷道设一个观测站，采用“十字布点法”进行巷道表面位移观测，特殊地段测站加密并加设围岩内部位移及围岩结构及状态观测。矿有关部门每周观测一次。当巷道的顶底板移近量（或两帮移近量）达100mm时，应对巷道进行注浆加固，同时加大测站的密度及观测的频度。根据观测资料调整注浆支护参数。
5、结束语
许疃煤矿33采区运输下山（下段）在高应力软岩巷道快速掘进情况下的支护技术的研究，提出了双网双盘+锚索+底角锚杆+注浆的联合支护方式，从现场的支护效果来看，该支护方案在有效控制围岩的前提下，以较小的投入取得了理想的支护效果，同时提高了掘进速度。从后期的矿压监测来看，该支护技术的应用，大大减小了巷道的變形和底鼓，满足安全生产的要求，同时避免了后期巷道的维修所带来的不便。实践证明，其施工支护技术所选用的支护形式和设计参数是合理的，能够满足安全生产的需要，在同类软岩条件下巷道的快速掘进中能够推广运用。
作者简介
陈龙宜（1965--），男，安徽淮北人，工程师，1987年毕业于抚顺煤炭工业学校矿建专业，现淮北矿业股份有限公司许疃煤矿修护区从事生产技术管理工作。
[关键词]高应力 软岩 支护方案 推广应用
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0042-01
0、前言
随着煤矿开采深度的不断增加，巷道围岩环境变得越来越复杂，受到原岩应力和构造应力的复合作用，围岩强度达到其破坏极限，巷道变形严重，顶板下沉，底板鼓起，两帮移近，围岩破碎，而且长时间作用下呈现出软岩流变的特点，维护十分困难。
淮北矿业集团许疃煤矿33采区运输下山（下段）受其设计位置的特殊性，属高难度支护巷道。主要体现为：巷道围岩强度低、埋深大、地应力较大、服务时间长。33采区运输下山（下段）根据实际情况，综合理论分析，利用锚杆锚索提高壳体整体的承载力和稳定性，特别是采用底角锚杆加强巷道的稳定性，辅以注浆加固等手段，取得了良好的支护效果
1、工程地质概况
33采区运输下山（下段）上接33采区-720m车场联巷，下至-800m车场联巷， 倾角14°，全长419m。巷道设计尺寸为净宽×净高=4000×3600mm，施工过程中，巷道将穿越3条断层，分别为：DF=333<70°H=0～4m，DF=337 <50°～80°H=0～25m，DF=375<70°H=0～-3m。
根据采区煤岩层综合柱状图可知，-745m以上巷道底板基本处于泥岩之中，-745m～-755m粉砂岩从底板扩展至顶板；-755m至斜巷底部，巷道底板基本处于粉砂岩之中。斜巷底部至平巷50m处，泥岩从顶板渐至底板；50m之后，巷道完全被泥岩包围，底板距下部粉砂岩层距离渐远，靠近-800m水平位置，底板泥岩厚度近14m左右，同时顶板接近上部粉砂岩层。
2、理论分析
依据33采区运输下山（下段）工程地质、围岩性质、地应力以及结合相关理论分析，许疃煤矿33采区运输下山（下段）围岩变形因素主要体现在高地压（含采动影响）、围岩应力状态变化和巷道底臌等几个方面。
（1）高地压（含采动影响）：33采区运输下山（下段）上自-720m水平，下至-800m水平，根据矿井建井资料，矿区地表标高约+27m，运输下山（下段）埋深为747～827m，若上覆岩层平均密度按2700kg/m3考虑，在不考虑构造及采动影响的前提下，垂直应力：σz=γH，理论上达到20.17～21.88Mpa，原始地应力大。
根据33采区巷道布置，布置五条下山，巷道之间的水平间距为20m～25m，相距较近，彼此产生次生应力叠加；此外，采区为双翼布置回采工作面开采，后期工作面回采会在巷道上面留设大量不规则形状的保护煤柱，根据33采区上部留设的煤柱经验，一翼留设保护煤柱约为80m，现有研究结果表明，工作面回采后在煤柱内形成的支承压力往往数倍于原岩应力，由于煤柱内积聚的支承压力将向底板进行传递，使得各采区主体巷道所处的应力水平显著增高。因此，几方面共同影响产生的高地压将对巷道围岩的稳定性造成很大威胁。
（2）围岩应力状态变化：当巷道开挖后，巷道围岩的表面部分的受力由原先的三向压应力状态转变成了二向应力状态，导致围岩应力状态改变，应力状态的改变导致了巷道围岩一定范围内质点的体积与形状发生变化，每一质点体积与形状的变化均会导致相邻质点的位移，于是就形成了围岩质点的流动。在厚软岩层中，由于上下左右均是软弱围岩，因应力状态改变所导致的质点位移来自于巷道的四面八方，由于围岩的蠕变位移过程收不到相关约束力的作用，很长时期内巷道围岩蠕变的动力不仅不会衰减，反而会随着围岩松动圈的扩大而加快速度，松动圈对支护材料的压力也会随着松动圈的扩大而增加。
（3）巷道底臌：对于软岩巷道，底臌往往是导致巷道整体破坏的主要原因。巷道开挖后由于应力集中的影响均会出现破碎、松动、塑性，形成破碎圈、松动圈和塑性圈，松动圈、塑性圈的外围在地压的作用下自动形成压力拱，上、下、左、右四部分的压力拱之间因为要传递环向应力，从而形成封闭的环向应力环。水平地应力较大时，环向应力圈的上下部分中的环向应力值较大，此时基于岩石的蠕变效应，该部位岩体将发生径向方向的较大应变，进而引起质点的移动，下方发生底臌，上方发生冒顶。目前我国巷道支护都是采用一定的手段对帮顶进行支护，底板不加支护，正是由于底板没有支护，故软岩巷道的破坏均从底臌开始。
3、支护措施
（1）支護方式：采用锚网喷+帮顶锚索（双网双盘）（7～8根）+底角锚杆+全断面注浆综合支护方式。
（2）支护材料：采用M22 L=2800mm等强长丝锚杆（尾部丝杆部分长250mm，即采用长丝锚杆），M24 L=3000mm等强长丝锚杆，用φ6mm圆钢满焊的金属网，网孔100mm×100mm，锚索规格：φ22mm L=6300mm；C20混凝土喷层，厚150mm。
（3）支护参数：
（帮顶锚杆：间排距为700mm×700mm，全断面15根。沿巷道顶部中心线对称布置，顶部中心1根，左右各7根，帮部最下方2根用底角锚杆替代。每根锚杆采用两节Z2550型树脂药卷加长锚固，喷层总厚度为150mm，强度不小于C20；第一层锚盘采用10×100×100mm蝶形托盘；第二层锚盘采用10×150×150mm。
（锚索：全断面布置7根锚索，顶部3根锚索，间排距1500mm×1600mm，沿巷道中心线对称布置；帮部布置4根锚索，每帮2根，间排距700 mm×1600mm，上下交错布置，下排锚索距底板设计水平400mm。 （混凝土喷层：混凝土喷层分两次进行，首喷120mm，7天后挂二层网，上二层托盘（锚杆和锚索），然后再喷30mm。
（底角锚杆：底角锚杆在二次喷射混凝土前施工，锚杆选用M22L=3000mm等强锚杆，角度与水平呈450，位置处于帮底交界处。底角锚杆排距为700mm。
（锚网：用φ6mm圆钢满焊的金属网，网孔100mm×100mm
（注浆：注浆采用全断面注浆，注浆孔排距3200mm，每断面7个，底板2个，沿底板宽度等分布置。帮顶共布置5个注浆孔，以顶中对称，等间距布置。浆液采用水泥水玻璃浆液，水泥采用525#，水玻璃浓度45Bˊe，用量为水泥重量的3%～5%，浆液水灰比为0.7，最大注浆压力2.0 MPa，注浆时间以达到注浆压力后保持10min为准。
4、矿压监测
为了观测锚杆支护效果，研究支护参数的现实合理性，需设置相应的测站，对围岩表面位移进行观测。观测内容为：巷道表面位移、巷道围岩内部移动、围岩结构及状态监测、螺母拧紧力矩。原则上锚杆支护参数改变时便设测站观测上述各项内容，顶板离层观测每隔30～50m在巷道设一个观测站，采用“十字布点法”进行巷道表面位移观测，特殊地段测站加密并加设围岩内部位移及围岩结构及状态观测。矿有关部门每周观测一次。当巷道的顶底板移近量（或两帮移近量）达100mm时，应对巷道进行注浆加固，同时加大测站的密度及观测的频度。根据观测资料调整注浆支护参数。
5、结束语
许疃煤矿33采区运输下山（下段）在高应力软岩巷道快速掘进情况下的支护技术的研究，提出了双网双盘+锚索+底角锚杆+注浆的联合支护方式，从现场的支护效果来看，该支护方案在有效控制围岩的前提下，以较小的投入取得了理想的支护效果，同时提高了掘进速度。从后期的矿压监测来看，该支护技术的应用，大大减小了巷道的變形和底鼓，满足安全生产的要求，同时避免了后期巷道的维修所带来的不便。实践证明，其施工支护技术所选用的支护形式和设计参数是合理的，能够满足安全生产的需要，在同类软岩条件下巷道的快速掘进中能够推广运用。
作者简介
陈龙宜（1965--），男，安徽淮北人，工程师，1987年毕业于抚顺煤炭工业学校矿建专业，现淮北矿业股份有限公司许疃煤矿修护区从事生产技术管理工作。