高應(yīng)力軟巖巷道的加固技術(shù)

董昌偉，孟祥閣

(1.安徽臥龍湖煤礦有限責(zé)任公司， 安徽淮北市 235157;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院， 江蘇徐州市 221008)

高應(yīng)力軟巖巷道的加固技術(shù)

董昌偉1，孟祥閣2

(1.安徽臥龍湖煤礦有限責(zé)任公司， 安徽淮北市 235157;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院， 江蘇徐州市 221008)

臥龍湖煤礦－480南翼回風(fēng)巷道圍巖以泥巖為主，此類泥質(zhì)巖體不僅強(qiáng)度偏低，而且對(duì)應(yīng)力擾動(dòng)和環(huán)境變化非常敏感。針對(duì)臥龍湖煤礦此類巷道的變形和破壞原因，設(shè)計(jì)出－480南翼回風(fēng)巷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定型加固支護(hù)方案。采用新加固方案后，巷道圍巖得到了有效控制。

高應(yīng)力軟巖巷道;錨網(wǎng)支護(hù);預(yù)應(yīng)力錨索;鋼筋梯子梁

臥龍湖煤礦設(shè)計(jì)年產(chǎn)量90萬t，井田位于徐宿弧形構(gòu)造的西緣、豐渦斷裂的東側(cè)和趙莊背斜的北翼。井田南部表現(xiàn)為北東傾向的單斜構(gòu)造;北部表現(xiàn)為短軸狀的張大莊背斜和孟莊向斜組成的褶曲構(gòu)造。臥龍湖煤礦由于煤層埋藏深，礦井地質(zhì)條件復(fù)雜，地壓較大，巷道圍巖呈現(xiàn)出高應(yīng)力軟巖的特點(diǎn)。結(jié)合該礦的地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定型加固方案，并取得較好的支護(hù)效果。

1 巷道地質(zhì)條件

如圖1所示，－480南翼回風(fēng)巷位于H35～H39測(cè)點(diǎn)之間。由圖1可見，該段巷道圍巖賦存較為穩(wěn)定，巷道拱部圍巖為泥巖，中部為厚度1.1 m的砂質(zhì)泥巖，底部為泥巖。

圖1－480南翼回風(fēng)巷地質(zhì)素描

根據(jù)南翼回風(fēng)巷道圍巖以泥巖為主，此類泥質(zhì)巖體不僅強(qiáng)度偏低，而且對(duì)應(yīng)力擾動(dòng)和環(huán)境變化非常敏感。盡管目前該段巷道不受周邊工作面采動(dòng)影響，但后期1011工作面開采對(duì)－480南翼回風(fēng)巷的采動(dòng)影響較大。

2 巷道失穩(wěn)破壞原因分析

結(jié)合臥龍湖煤礦南一采區(qū)實(shí)際地質(zhì)條件，通過分析，認(rèn)為其錨網(wǎng)支護(hù)方案存在以下主要問題。

(1)錨網(wǎng)支護(hù)整體強(qiáng)度偏低。南一采區(qū)開拓巷道支護(hù)選用Φ20×2000 mm的高強(qiáng)螺紋鋼錨桿和鋼絲網(wǎng)，一次支護(hù)并未配合使用鋼筋梯子梁或整體鋼帶。因此，錨網(wǎng)支護(hù)承載能力整體偏低。

(2)錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差。錨網(wǎng)支護(hù)實(shí)質(zhì)是在巷道圍巖淺部形成具有一定承載能力的穩(wěn)定承載結(jié)構(gòu)，從而控制巷道圍巖的強(qiáng)烈變形［1］。理論分析結(jié)果表明，在結(jié)構(gòu)承載能力方面頂部拱結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)高于兩幫梁結(jié)構(gòu)，而其實(shí)際承載過程中頂部拱結(jié)構(gòu)的承載能力受兩幫梁結(jié)構(gòu)的制約，一旦兩幫梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，頂部拱結(jié)構(gòu)的承載能力隨之急劇下降［2，3］。

(3)底板未采取支護(hù)措施。在高應(yīng)力軟巖巷道中，強(qiáng)烈底臌是主要的變形特征之一［4］，臥龍湖煤礦南翼開拓巷道底臌嚴(yán)重，局部地段巷道頂?shù)装逡平扛哌_(dá)1.0 m以上，不得不多次進(jìn)行臥底。一方面造成巷道圍巖松動(dòng)圈發(fā)育范圍進(jìn)一步擴(kuò)大;另一方面臥底進(jìn)一步降低了巷道支護(hù)承載結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性［5］。

3 －480南翼回風(fēng)巷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定型加固方案

作為礦井南一采區(qū)通風(fēng)的咽喉通道，－480南翼回風(fēng)巷服務(wù)年限較長(zhǎng)，巷道使用斷面要求高，針對(duì)南翼回風(fēng)巷圍巖體強(qiáng)度較低，后期還將經(jīng)受臨近1011工作面采動(dòng)影響的情況，從提高巷道支護(hù)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和合理降低支護(hù)成本角度出發(fā)，提出了－480南翼回風(fēng)巷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定型支護(hù)方案。

－480南翼回風(fēng)巷要求擴(kuò)巷后毛斷面尺寸為4.3 m×3.75 m，按要求擴(kuò)巷后，采用高強(qiáng)錨網(wǎng)支護(hù)，并對(duì)錨網(wǎng)支護(hù)承載結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償。

(1)錨網(wǎng)支護(hù)的錨桿選用Φ22×3000 mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為800 mm×800 mm，兩幫底角錨桿向下扎角15°，輔助控制巷道底臌，錨桿預(yù)緊力矩應(yīng)不小于300 N.m。具體錨網(wǎng)支護(hù)參數(shù)如圖2所示。

圖2 錨網(wǎng)支護(hù)斷面

(2)采用電阻焊技術(shù)加工的自連網(wǎng)，焊接過程中對(duì)鋼筋強(qiáng)度損失小，焊點(diǎn)強(qiáng)度高，而且金屬網(wǎng)搭接部位連接牢靠。并且沿巷道徑向布置鋼筋梯子梁，進(jìn)一步提高護(hù)表效果和發(fā)揮錨網(wǎng)支護(hù)中錨桿的整體支護(hù)效果。

(3)為提高錨網(wǎng)支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，采用小孔徑高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索實(shí)施結(jié)構(gòu)補(bǔ)償，如圖3所示，補(bǔ)償斷面A和斷面B交替布置。結(jié)構(gòu)補(bǔ)償錨索規(guī)格為Φ17.8×6500 mm，錨索排距1.6 m。結(jié)構(gòu)補(bǔ)償錨索具體布置方式見圖3、圖4。

圖3 結(jié)構(gòu)補(bǔ)償錨索布置

圖4 支護(hù)方案?jìng)?cè)視

(4)錨桿托盤采用150 mm×150 mm×10 mm鼓形托盤，錨索托盤采用18#槽鋼加工。

為進(jìn)一步優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)，施工過后即對(duì)巷道進(jìn)行了礦壓監(jiān)測(cè)。采用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定型加固方案后，－480南翼回風(fēng)巷支護(hù)狀況有了明顯改善，巷道加固半年后，兩幫最大移進(jìn)量22 mm，頂板最大下沉量11 mm，底板最大底臌量31 mm。

4 結(jié)論

(1)支護(hù)方案要結(jié)合高應(yīng)力軟巖巷道自身的采礦、地質(zhì)條件，在詳細(xì)分析巷道失穩(wěn)破壞機(jī)理后才可進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(2)對(duì)于高應(yīng)力軟巖巷道，單純采用某一種支護(hù)方式，往往不能有效控制巷道的強(qiáng)烈變形。

(3)采用高預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)錨網(wǎng)支護(hù)基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償，提高高應(yīng)力軟巖巷道圍巖整體的承載性能，充分發(fā)揮錨桿、錨索及護(hù)表構(gòu)件的優(yōu)勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)了巷道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

［1］ 荊升國(guó).高應(yīng)力破碎軟巖巷道棚－索協(xié)同支護(hù)圍巖控制機(jī)理研究［D］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2009.

［2］ 張連福，謝文兵.深井大斷面軟巖硐室高強(qiáng)穩(wěn)定型支護(hù)技術(shù)研究［J］.山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29(5):32－38.

［3］ 靖洪文，李元海，趙保太，等.軟巖工程支護(hù)理論與技術(shù)［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.

［4］ 湯建泉，張保童.柳海礦軟巖巷道支護(hù)對(duì)策及礦壓規(guī)律研究［J］.煤炭工程，2010，(10):34－36.

［5］ 馬江軍，趙延峰，齊朋友.深井高地壓軟巖巷道剛?cè)狁詈现ёo(hù)技術(shù)研究［J］.山東煤炭科技，2010，(4):117－118.

2011－03－18)

董昌偉(1962－)，男，高級(jí)工程師，從事礦業(yè)工程的研究。