深部礦井跨采上山高強(qiáng)穩(wěn)定型支護(hù)技術(shù)探討

朱慎強(qiáng)

（淮北礦業(yè)集團(tuán)公司 桃園煤礦，安徽 宿州234116）

淮北礦業(yè)集團(tuán)公司桃園煤礦座落在安徽省宿州市南北楊寨鄉(xiāng)境內(nèi), 礦井于1995 年11 月份正式投產(chǎn),1996 年即達(dá)到90 萬t 的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力,礦井主采煤層有52 煤、72 煤、82 煤和10 煤4 層,按兩個水平7 個采區(qū)布置開采。 由于對跨采工作面回采影響范圍內(nèi)的巷道破壞大。目前，由于動壓影響下的巷道支護(hù)難題沒有從根本上得到解決，動壓影響巷道大量變形破壞。 為解決這一難題,從而保證了工作面回采后大巷的安全使用，提出深部礦井跨采上山高強(qiáng)穩(wěn)定型支護(hù)技術(shù)。

1 桃園煤礦跨采上山巷道支護(hù)存在的問題

桃園礦Ⅱ4 采區(qū)軌道上山位于煤層底板，距煤層7m～30m，上部煤層開采過程中，底板巷道一般都受到強(qiáng)烈的采動影響，工作面回采后，Ⅱ4 采區(qū)軌道上山將遭到嚴(yán)重破壞，甚至無法繼續(xù)使用，巷道維護(hù)難度極大，類似巷道經(jīng)常3～6 個月修復(fù)一次，因此迫切需要解決跨上山開采的巷道支護(hù)技術(shù)難題。

2 深部礦井跨采上山支護(hù)狀況

通過已有的工程實(shí)踐表明，許多情況下，現(xiàn)有巷道圍巖控制技術(shù)仍不能有效地控制高應(yīng)力軟巖巷道的強(qiáng)烈變形，其原因主要有三個方面：

1）現(xiàn)有支護(hù)技術(shù)大多不注重對承載結(jié)構(gòu)性能的分析，在圍巖表面或在圍巖淺部形成的承載結(jié)構(gòu)往往在結(jié)構(gòu)上不穩(wěn)定，難以控制圍巖的強(qiáng)烈變形。無論是棚式被動支護(hù)，還是錨網(wǎng)索注等主動支護(hù)，現(xiàn)有支護(hù)都是在圍巖表面或在圍巖淺部形成具有自穩(wěn)能力的承載結(jié)構(gòu)，而且大多可以歸結(jié)為梁結(jié)構(gòu)和拱結(jié)構(gòu)。 控制高應(yīng)力軟巖巷道圍巖的強(qiáng)烈變形，要看在特定的圍巖條件下，承載結(jié)構(gòu)能否可靠形成，承載結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)上是否穩(wěn)定。

2）在進(jìn)行高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)時，現(xiàn)有支護(hù)技術(shù)不能及時根據(jù)巷道圍巖條件的變化，采用合理的支護(hù)技術(shù)，往往存在很大的盲目性。高應(yīng)力軟巖巷道圍巖從穩(wěn)定到不穩(wěn)定，采動條件從不受開采影響到支承壓力疊加作用，巷道斷面從5～6m2到10～12m2等等，由此引起的礦壓顯現(xiàn)十分懸殊，但不少煤礦的支護(hù)方式和支護(hù)參數(shù)卻變化不大，現(xiàn)有巷道支護(hù)技術(shù)很難適應(yīng)高應(yīng)力軟巖巷道圍巖大變形。如果采用某種單一的支護(hù)方式，要么造成巷道圍巖變形難以控制，要么造成巷道支護(hù)成本居高不下。

3）對高應(yīng)力軟巖巷道的支護(hù)和維護(hù)對策研究不夠。不少煤礦往往在某種支護(hù)方式失效后，改用另一種支護(hù)方式，結(jié)果不僅兩種支護(hù)方式的支護(hù)性能都難以發(fā)揮，巷道支護(hù)成本居高不下，而且巷道支護(hù)效果很差，嚴(yán)重影響煤礦的安全生產(chǎn)。

3 跨采上山高強(qiáng)穩(wěn)定型支護(hù)技術(shù)

國內(nèi)外在高應(yīng)力軟巖巷道圍巖控制機(jī)理及技術(shù)方面進(jìn)行了大量的研究工作。已有研究結(jié)果表明，圍巖愈松軟，支護(hù)阻力控制圍巖變形的作用愈大，控制高應(yīng)力軟巖巷道圍巖變形，支護(hù)應(yīng)具備高阻可縮特性，并開發(fā)了相應(yīng)的圍巖控制技術(shù)，如高阻可縮U 型鋼壁后充填技術(shù)、新型錨注支護(hù)技術(shù)、高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)等。 這些支護(hù)理論及技術(shù)的研究，極大地促進(jìn)了高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)問題的解決。

高阻可縮U 型鋼棚支護(hù)在高應(yīng)力軟巖巷道中大量使用。已有研究結(jié)果表明，U 型鋼壁后充填可使支架整體承載， 實(shí)現(xiàn)圍巖-充填體-支護(hù)結(jié)構(gòu)三者共同承載的力學(xué)體系，大幅度提高支架工作阻力，發(fā)揮圍巖的自承能力。 進(jìn)一步研究結(jié)果表明，由于巷道周邊圍巖的破裂和極不均勻變形，U 型鋼壁后充填后，支架仍承受不均勻載荷作用，但支架由局部承載變?yōu)檎w承載，大大提高了支架整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。（如圖1）

在高應(yīng)力軟巖巷道中，錨網(wǎng)支護(hù)難以形成穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)，由此導(dǎo)致的頂板事故時有發(fā)生。高阻可縮U 型鋼棚易于形成良好的承載結(jié)構(gòu)，可提供較高的支護(hù)阻力，對破碎圍巖的護(hù)表效果好，但其承載性能不適應(yīng)高應(yīng)力軟巖巷道的移動變形特點(diǎn)，支架結(jié)構(gòu)上易失穩(wěn)，而且惡劣的支護(hù)圍巖關(guān)系會大大降低支架的整體承載能力。因此應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)類型采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)補(bǔ)償措施， 以提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，發(fā)揮和提高支架的整體承載能力。

對于高應(yīng)力軟巖巷道，將多種不同性能的單一支護(hù)耦合為統(tǒng)一的支護(hù)體系，保證支護(hù)—圍巖以及不同支護(hù)間的協(xié)同作用，充分發(fā)揮各種支護(hù)的優(yōu)越性能，保證整個支護(hù)—圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，最終達(dá)到有效控制高應(yīng)力軟巖巷道變形的目的。耦合支護(hù)的關(guān)鍵是如何將不同性能的單一支護(hù)耦合為一個整體， 它不同于以往的復(fù)合支護(hù)或聯(lián)合支護(hù)，如棚—注—索耦合支護(hù)中通過耦合裝置將錨索與U 型鋼棚耦合為一體，通過合理布置錨索及其耦合裝置，可以顯著改善支架各部位承載性能的巨大差別，同時棚式支護(hù)的良好護(hù)表性能發(fā)揮了錨索支護(hù)有效控制圍巖變形的能力，使整個支護(hù)體系的承載性能與圍巖的變形特征相適應(yīng)，形成本質(zhì)上安全、支護(hù)阻力大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的支護(hù)-圍巖承載結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

1）揭示了動壓影響下底板巷道的變形破壞機(jī)理，創(chuàng)造性提出了支護(hù)承載結(jié)構(gòu)補(bǔ)償原理及其機(jī)制，能夠有效地控制動壓影響巷道的圍巖變形。

2）動壓影響巷道的支護(hù)難題是礦區(qū)需要很好解決的支護(hù)難題之一解決不同圍巖條件下動壓影響巷道的支護(hù)難題，經(jīng)濟(jì)效益顯著，有利于礦井實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)。

3）解決不同圍巖條件下動壓影響巷道的支護(hù)難題，可以從整體上把握巷道合理支護(hù)技術(shù)，對較好地解決巷道支護(hù)難題具有積極的指導(dǎo)意義。