壓力集中帶巷道棚—索耦合協(xié)同支護(hù)技術(shù)

摘 要:根據(jù)安陽(yáng)鑫龍集團(tuán)紅嶺煤礦14采區(qū)軌道下山壓力集中，圍巖破碎，巷道變形嚴(yán)重的情況，分析其產(chǎn)生變形破壞的原因，并總結(jié)出了針對(duì)應(yīng)力集中帶巷道的棚—索耦合支護(hù)技術(shù)。該技術(shù)實(shí)施后提高了巷道的穩(wěn)定性，避免了重復(fù)維修巷道給安全生產(chǎn)造成的損失，為類似地質(zhì)條件巷道的維修提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞:壓力 巷道 耦合 協(xié)同支護(hù)

中圖分類號(hào):TD3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)08(b)-0085-01

紅嶺煤礦14采區(qū)軌道下山因受采空區(qū)與斷層影響，巷道壓力較大，變形嚴(yán)重，維修頻繁，礦井的安全生產(chǎn)難以保障。在分析了巷道破壞原因的基礎(chǔ)上，提出了棚-索耦合協(xié)同支護(hù)的施工方案，并進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，該技術(shù)支護(hù)效果良好，有效的控制了巷道圍巖的變形和破壞，使巷道維護(hù)周期延長(zhǎng)。改善了生產(chǎn)環(huán)境，為運(yùn)輸、通風(fēng)、行人及礦井質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)創(chuàng)造了良好的條件，保證了巷道服務(wù)期內(nèi)的穩(wěn)定性。

1 巷道變形特征及機(jī)理分析

14采區(qū)軌道下山位于FB57與F407斷層之間，且兩條斷層落差均在40m以上，中部派生小斷層10余條，落差均在3～5m之間，14采區(qū)為兩翼開采，兩翼均為采空區(qū)，該巷道在煤層中掘進(jìn)，巷道圍巖中含粘土性礦物，巖體強(qiáng)度不高，圍巖節(jié)理裂隙非常發(fā)育，巷道兩翼14101、14071、14141工作面均在近3年內(nèi)回采結(jié)束，造成該巷道地壓大，圍巖破碎，巷道變形嚴(yán)重。

1.1 原有支護(hù)情況

14采區(qū)軌道下山采用29U型鋼架棚支護(hù)，為直腿半圓拱形斷面，支架間距700mm，支架頂梁與柱腿采用兩道卡纜進(jìn)行連接，支架間采用五道連板進(jìn)行連接，連板按照巷道腰線方向安裝，在距底板向上700mm兩邊各使用一道，梁柱之間的卡纜向上200mm處各使用一道，支架頂梁中央使用一道。架間背設(shè)鐵背板，背板間距700mm。巷道處在動(dòng)壓影響下，頂板網(wǎng)兜、裂隙、脫層現(xiàn)象較為嚴(yán)重，為防止圍巖產(chǎn)生較大變形，改善支護(hù)狀況，將支架間的背板由原間距700mm更改為500mm，卡纜由兩道更改為三道，但支架整體支撐能力仍然較弱，扭曲、變形、巷幫內(nèi)移現(xiàn)象仍然較多，圍巖變形無(wú)較大改善，每年需進(jìn)行大量的工程返修。

1.2 巷道破壞原因分析

(1)受巷道兩幫采空區(qū)的影響。14采區(qū)軌道下山經(jīng)受兩翼工作面多次跨采，影響范圍大，應(yīng)力水平高，極易造成巷道圍巖的屈服變形。(2)支護(hù)與圍巖不耦合。支護(hù)體的不耦合表現(xiàn)為支護(hù)體的剛度小于圍巖的剛度，即在強(qiáng)度、剛度及結(jié)構(gòu)上支護(hù)體和圍巖的不耦合，造成支護(hù)體局部扭曲變形，支護(hù)的整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。采用U型鋼棚支護(hù)過程中巷道支架與圍巖多局部承載，造成巷道圍巖得不到足夠的支護(hù)，使圍巖受力狀態(tài)惡化，支護(hù)荷載增加，最終使整個(gè)支護(hù)體破壞。巷道經(jīng)過多次維修后，致使巷道圍巖大面積活動(dòng)，圍巖更加松軟破碎，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。(3)圍巖松碎完整性差。巷道經(jīng)過多次擴(kuò)修維護(hù)后，周圍巖體更加破碎，裂隙發(fā)育更加完全，在動(dòng)壓作用下更容易產(chǎn)生強(qiáng)烈變形。

2 棚—索耦合支護(hù)技術(shù)思路與支護(hù)技術(shù)方案

2.1 耦合支護(hù)技術(shù)路線

技術(shù)路線:根據(jù)14采區(qū)軌道下山巷道圍巖的變形特征、圍巖巖性和U型鋼棚的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性特點(diǎn)，通過錨索補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)基本支護(hù)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，補(bǔ)償?shù)膹?qiáng)度能有效的限制松動(dòng)破壞區(qū)發(fā)展，控制圍巖體變形，達(dá)到預(yù)期的支護(hù)效果;但結(jié)構(gòu)補(bǔ)償不是單純的補(bǔ)強(qiáng)或加強(qiáng)支護(hù)，在圍巖出現(xiàn)局部失穩(wěn)前及時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償，來提高支護(hù)與圍巖的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2.2 棚—索耦合支護(hù)技術(shù)方案

14采區(qū)軌道下山經(jīng)過多次維修后，巷道圍巖破碎、松動(dòng)程度加劇，錨網(wǎng)支護(hù)已經(jīng)難以將圍巖形成較為穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)，而單一的被動(dòng)支護(hù)無(wú)法控制塑性區(qū)向圍巖深部擴(kuò)展，必然會(huì)導(dǎo)致巷道支護(hù)的破壞失穩(wěn)。因此，通過分析，對(duì)14采區(qū)軌道下山提出了棚—索耦合支護(hù)技術(shù)方案。

(1)1基本支護(hù)。巷道擴(kuò)修基本支護(hù)采用U29型鋼棚進(jìn)行支護(hù)，巷道斷面:凈寬3500mm;凈高3000mm;支架外扎角10°;棚距500mm。支架梁與柱腿搭接采用三道卡纜進(jìn)行連接，卡纜螺栓預(yù)緊力不低于250N.m。

(2)協(xié)同耦合支護(hù)。巷道采用錨索進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償，錨索規(guī)格:Φ18.9mm×5000mm，錨索預(yù)緊力大于30MPa，根據(jù)圍巖的失穩(wěn)變形特征，在巷道兩肩與墻中位置布置錨索進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償，錨索的補(bǔ)償將主動(dòng)支護(hù)與被動(dòng)支護(hù)很好的耦合在一起，從而保證了支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高了支架在巷道中抗側(cè)壓的能力，同時(shí)也把巖體自身的載荷轉(zhuǎn)化為巖體承載結(jié)構(gòu)的作用，改變了只有被動(dòng)支護(hù)消極承載的弱點(diǎn)。

3 支護(hù)效果分析

為了分析圍巖變形情況以及耦合支護(hù)后的效果，對(duì)該巷道擴(kuò)修后的斷面變形情況進(jìn)行了觀測(cè)。采用棚-索耦合協(xié)同支護(hù)技術(shù)后，抵抗巷道壓力效果較好，平均月變形量約為0.04m2，圍巖移動(dòng)速度較慢，延長(zhǎng)了巷道的巷修周期。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)于圍巖比較破碎、松動(dòng)圈比較大的巷道棚-索耦合支護(hù)可以很好的阻止這種地質(zhì)條件帶來的壓力，縮短巷修周期，減少重復(fù)勞動(dòng)。對(duì)于地壓大、圍巖破碎的巷道，必須保證支護(hù)體整體結(jié)構(gòu)與圍巖緊粘在一起，構(gòu)成一個(gè)復(fù)合體共同支護(hù)圍巖，才能更好地抑制圍巖產(chǎn)生較大變形，達(dá)到穩(wěn)定巖體的目的，以充分發(fā)揮和提高支護(hù)—圍巖結(jié)構(gòu)的承載能力。(2)棚-索耦合支護(hù)主要是2個(gè)方面的耦合:一方面使被動(dòng)支護(hù)和巷道圍巖耦合;另一方面通過主動(dòng)支護(hù)來提高圍巖的自身支撐能力和穩(wěn)定性，將這種主—被動(dòng)支護(hù)耦合在一起，以此來共同承受巷道壓力。(3)補(bǔ)償原則:在圍巖局部結(jié)構(gòu)變形、失穩(wěn)之前及時(shí)的采取主動(dòng)錨索支護(hù)措施進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償，有效地控制和調(diào)整圍巖的應(yīng)力重分布，使圍巖的擾動(dòng)影響控制在最小范圍內(nèi)，提高圍巖強(qiáng)度，加強(qiáng)圍巖自身承載能力，且能夠一定程度上減輕被動(dòng)支護(hù)U型鋼棚的載荷，從根本上改變了以往支護(hù)消極承擔(dān)圍巖應(yīng)力的弱點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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