一种预空软岩巷道支护结构及其施工方法

成果名称：一种预空软岩巷道支护结构及其施工方法

成果完成单位：华亭煤业集团有限责任公司

成果完成人：许强;李明远;吴军;马进生;田斌;李鹏;赵凤;李小刚;赵辉强;莫正虎;胡长岭

所属行业：采矿业

成果登记号：9622022Y1195

成果简介：

一、课题来源与背景
大柳煤矿公司（以下简称为“公司”）深井、高地应力、“三软”煤（岩）层巷道一直制约着矿井的安全高效生产，尤其是在巷道穿层（构造、极软煤岩层）区域，增加了井巷安全管理及施工难度，缩短了服务年限，随着矿井开拓巷道的不断延伸，已施工的巷道变形、失修问题愈加严重，后期需投入大量的人、财、物进行维护，极大的影响了矿井的正常采掘接续，也很大程度上增加了公司的负担。因此，软岩巷道围岩控制问题是我公司亟待解决的重大难题，对矿井安全生产，提高巷道服务年限，减轻公司负担，实现减员增效和可持续发展具有重要意义。
二、技术原理及性能指标
1.研发深井复杂应力释放路径的泄压带和泄压槽的立体结构，以弱化、转移深部矿井的强水平应力和非对称应力传递技术。
（1）结合矿井软岩巷道现场围岩及地质情况构建模型，并利用UDEC软件研究模拟泄压槽应力转移情况。
（2）确定泄压槽开挖尺寸，并结合巷道支护设计情况，二次利用UDEC软件验证泄压槽及支护设计方案的有效性及安全性。
2.创建以钢丝绳为径骨的强韧封层技术，多层次锚杆、喷层组合的构建均质支护圈体技术。
（1）研发构建均质支护圈支护技术，利用多层次锚杆与多喷层封层相匹配，每层次喷层都有各自的锚杆相组合；在岩体内便形成了多层次锚杆，从而固结围岩，提高巷道支护强度。
（2）利用多层次锚杆与注浆锚杆相结合的支护方式，加大围岩单位岩体内的锚杆组合量，结合注浆对围岩体的胶结，使锚杆支护作用得以充分发挥。
（3）利用多层次废旧钢丝绳为径骨，创建多喷浆层、高度密贴岩面的强韧封层结构，为第一支护单元提供强有力的支撑保障。
3.研发稳压、留压和补压时空掌控的注浆关键技术；研制自固、自封和内自闭注浆锚杆，以保证稳压、留压在围岩中得以匹配的核心技术。
三、技术的创造性与先进性
1.提出深井、高地应力、“三软”煤（岩）层巷道的认识、界定、对策，有利于对深井复杂叠加应力状态下，优化巷道支护设计和精细化施工，改变了支护理念，开创了支护技术，创新了支护理论。
2.研究应用离散固化技术，对巷道支护和泄压槽的开挖进行时间和空间的动态掌控，实施支护、泄压、固化和各支护单元有步骤、有层次的施工。
3.研发在巷道底角开挖泄压槽，优化围岩的三向受力状态，缓释阻断转移围岩的水平应力，适度拓展注浆通道，提升注浆效果。
4.研制的“自固内自闭控压注浆锚杆”将注浆锚杆杆体固结在围岩中，当注浆压力提升注浆浆液在围岩裂隙中达饱和状态时，注浆锚杆内部的逆止阀立即自闭，有效地平衡了深部高位应力差，减缓支护圈体的支护压力。
5.成功地实施高密度锚杆和注浆密切的互固，使处于抗压、抗拉、抗剪能力极低状态下的围岩，转化和提升形成了具有均质同性的高强度支护圈体。
四、技术的成熟程度、适用范围和安全性
1.技术的成熟程度：达到技术成熟度9级，已投入生产使用，技术指标全部满足。
2.适用范围：适用于软岩地质条件下的井工开拓巷道支护。
3.安全性：能较好地控制围岩稳定性，相比传统锚网索支护巷道具有更高的安全性。
五、应用情况及存在问题
项目技术于华亭煤业大柳煤矿有限公司西翼带式输送机大巷、西翼回风大巷应用，具体情况如下：
1.经济效益
（1）巷道稳定程度较原支护形式有明显提高。技术应用段巷道与同等围岩条件下原锚网索喷支护巷道对比，在同一时期内巷道支护稳定率为100%，巷道移变率控制在0.8～1%，巷道总移变量减少了15%以上。
（2）通过该项目支护技术的应用，相比原巷道支护技术，节约了钢筋网片6720㎡，利用废旧钢丝绳32895m，节约钢筋网片投入11.3万元，延米巷道节约281.6元；同时采用废旧钢丝绳取代钢筋网片，既节省了大量的钢材，又不让废旧钢丝绳污染环境，符合节能环保、废旧物再利用的原则。
（3）减少了巷道维修次数，降低了后期维修费用。项目实施巷道在近一年半内变形量较小，无需维修，而原巷道支护技术，一年内巷道帮顶至少维修1次，底板至少起底2次，通过综合分析与计算，项目试验巷道相比原巷道支护技术，巷道维修费用每米节约约5000元，同比成本降低36%。
2.安全效益
（1）项目破岩后先喷后支技术的应用，不但对松软破碎围岩起到了及时封闭，减缓了围岩风化速度，同时喷射混凝土后保证了巷道表面平整度，降低了锚杆支护失效率，提高了支护质量及安全系数。
（2）通过项目技术的实施，提高了巷道稳定程度，延长了巷道服务年限，减少了巷道修复次数、范围、规模和人财物的投入，减少了因巷道维修对巷道整体围岩稳定性的破坏，及巷道反复维修带来的安全隐患，提高了安全系数。
（3）通过软岩巷道支护技术的实施，极大的改善了劳动条件和作业环境，解决了巷道抽冒问题，确保施工安全，消除了高应力区域施工时围岩冒落、流变等带来的安全隐患，同时该项目支护技术不采用化学材料，保证了职工的身体健康，又减少了井下环境污染。