深水平高應(yīng)力大斷面硐室巷道支護(hù)技術(shù)探析

陳昭征

（山東魯中能源集團(tuán)貴州魯中礦業(yè)有限責(zé)任公司，貴陽 550081）

深水平高應(yīng)力大斷面硐室巷道支護(hù)技術(shù)探析

陳昭征

（山東魯中能源集團(tuán)貴州魯中礦業(yè)有限責(zé)任公司，貴陽 550081）

文章結(jié)合肥城查莊煤礦工程實(shí)際案例，詳細(xì)分析了深水平高應(yīng)力大斷面硐室巷道支護(hù)方式的選擇以及支護(hù)設(shè)計(jì)的方法，指出了多序次疊加耦合支護(hù)方式效果以及存在的問題，對(duì)今后相似環(huán)境條件下巷道支護(hù)具有一定的借鑒意義。

深水平；高應(yīng)力；大斷面；支護(hù)

0 引言

查莊煤礦自2003年開始逐漸涉及深水平巷道施工。井田淺部原有的巷道支護(hù)方案、施工工藝及質(zhì)量管理已不能滿足現(xiàn)場支護(hù)要求和礦井安全生產(chǎn)的需要。-550m水平為該礦接續(xù)水平，-550m泵房變電所為該水平供電排水主體工程，處于下組煤石炭系上統(tǒng)太原群地層6層煤附近，-550m泵房設(shè)計(jì)斷面28.3m2，變電所設(shè)計(jì)斷面17.28m2，巷道斷面大，巖層穩(wěn)定性較差，施工難度極大。本文接下來將通過查莊煤礦工程實(shí)例對(duì)深水平高應(yīng)力大斷面巷道的支護(hù)技術(shù)進(jìn)行探討。

1 工程概況

肥城查莊煤礦有限公司-550m泵房變電所，是該礦開拓延伸水平——-550m水平的供電排水的主體工程之一。泵房變電所設(shè)計(jì)長度120m，設(shè)計(jì)安裝DKM 420、450水泵共7臺(tái)，排水能力達(dá)到3000m3/h，另預(yù)留3臺(tái)備用泵空間，作為應(yīng)急安裝使用。-550m泵房、變電所掘進(jìn)范圍內(nèi)，煤層走向大致為北東向，傾向北西，傾角13°～21°，平均17°左右。-550m泵房、變電所掘進(jìn)范圍內(nèi)影響施工的主要地質(zhì)因素是斷層。根據(jù)相鄰-550m西翼軌巷施工情況看，在泵房施工過程中有可能揭露一條落差2.0m左右斷層，會(huì)給施工和巷道支護(hù)造成一定影響。

2 巷道布置

深水平巖石在高應(yīng)力作用下具有延轉(zhuǎn)化、流變、擴(kuò)容等變形性質(zhì)，因此-550m泵房變電所在布置方式上必須充分考慮巷道的服務(wù)對(duì)象、圍巖巖性、服務(wù)年限等問題。原則上巷道布置要注意以下兩點(diǎn)：

1）開拓巷道必須布置在相對(duì)穩(wěn)定的巖層中，采用錨噴支護(hù)。如下組煤七層煤的粉細(xì)砂巖頂板，都比較穩(wěn)定，巷道布置距煤層3～10m為宜，原則上避免沿煤層布置。

2）地質(zhì)構(gòu)造附近必須加強(qiáng)頂幫和底板支護(hù)，增強(qiáng)支護(hù)效果。

結(jié)合以上原則：-550m泵房、變電所為穿層巷道，選擇在6層煤上方0～5米，施工過程中預(yù)計(jì)要穿過煤6（厚度0.50～0.8m，平均0.65m）、直接底粉細(xì)砂巖互層（厚0.5m）、老底灰～淺灰色細(xì)砂巖（3.5m左右），煤6直接頂深灰色粗粉砂巖（1.5～2.5m，平均2.0m左右）；老頂二灰（厚2.0～3.5m，平均3.0m）和灰黑色粉細(xì)砂巖互層（厚5.0m左右）。-550m泵房變電所處于六層煤層位附近，沿二灰頂板在細(xì)粉砂巖互層內(nèi)施工，頂板現(xiàn)對(duì)穩(wěn)定，但底板巖石穩(wěn)定性較差，煤6及其底板巖石可塑性較大，壓力大時(shí)易破碎。根據(jù)-550m西大巷實(shí)際揭露地質(zhì)條件證實(shí)，泵房需通過一條落差為2.0m的跌塹斷層，會(huì)對(duì)泵房施工造成一定影響，需要加強(qiáng)支護(hù)。

3 支護(hù)方式選擇

歷史證明，查莊煤礦是一個(gè)大水礦井，-550m是該礦的接續(xù)水平，泵房變電所為永久性工程，關(guān)系到礦井的整體命運(yùn)。因此，在工程設(shè)計(jì)上必須結(jié)合查莊煤礦深部工程實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，選取合理的支護(hù)理論和支護(hù)方案。

根據(jù)《查莊煤礦目前深部巷道支護(hù)狀況表》可以看出，普通錨噴巷道支護(hù)返修率為37.47%，錨噴錨索耦合支護(hù)、錨噴雙層支護(hù)巷道的巷道返修率迄今為止是0%，支護(hù)效果明顯較好。在錨噴錨索耦合支護(hù)方面對(duì)于一般巷道應(yīng)用較為廣泛，對(duì)于大斷面硐室成功經(jīng)驗(yàn)較少，因此，擬選用錨噴二次支護(hù)和鋼帶錨索補(bǔ)強(qiáng)——即多序次疊加耦合支護(hù)方式。

4 支護(hù)的設(shè)計(jì)方法

根據(jù)以上支護(hù)方案選擇，確定通過采用錨索噴多序次疊加耦合支護(hù)形成錨噴二次支護(hù)+錨索聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)，按照抗壓—讓壓相結(jié)合的原則，利用錨桿密度加長和高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力錨索加固頂板及局部圍巖薄弱地帶，來增大錨桿錨固范圍內(nèi)“擠壓加固梁”的厚度，從而提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性，形成高強(qiáng)度、高彈性的穩(wěn)定承載體。

錨桿支護(hù)巷道質(zhì)量的好壞在很大程度上取決于錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性。只有合理地設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)方式和支護(hù)參數(shù)，才能保證巷道能夠滿足安全生產(chǎn)、穩(wěn)定可靠、合理經(jīng)濟(jì)的要求。

5 支護(hù)效果評(píng)價(jià)與存在的問題

5.1 支護(hù)效果評(píng)價(jià)

1）-550m泵房變電所在錨噴二次支護(hù)和錨索、鋼帶的疊加支護(hù)下，各項(xiàng)位移量較以往錨噴支護(hù)的位移量要小的多，能夠滿足工作面安全生產(chǎn)的需要。

2）-550m泵房變電所符合高強(qiáng)度錨桿支護(hù)巷道圍巖強(qiáng)化強(qiáng)度理論、錨固平衡拱理論和錨索的補(bǔ)強(qiáng)與懸吊理論，其選擇的支護(hù)參數(shù)和附件合理可行，能有效的控制沿空巷道圍巖變形，支護(hù)效果較好。

3）-550m泵房變電所能夠使工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低，掘進(jìn)與施工速度明顯加快，并且巷道返修率大大降低；在施工時(shí)，確保錨桿錨索預(yù)緊力和初錨力達(dá)到設(shè)計(jì)要求是疊加支護(hù)成功的關(guān)鍵。

5.2 存在問題

1）錨桿鐵托盤較小，該礦使用的鐵托盤采用規(guī)格為Φ=120mm、厚6mm圓孔鋼板、壓制而成，與巖壁接觸面積小，網(wǎng)片網(wǎng)格為100×100mm的正方形，部分不能完全覆蓋網(wǎng)空，出現(xiàn)壓偏，不利于錨桿受力。

2）通過施工單位日常對(duì)錨桿錨索預(yù)緊力、抗拔力、承載速度的檢查和錨桿錨索質(zhì)量巡查可知，有少數(shù)地方由于采動(dòng)影響和煤層裂隙發(fā)育，圍巖破碎松散，破壞變形比較嚴(yán)重，產(chǎn)生少數(shù)錨桿松動(dòng)現(xiàn)象，托盤和金屬網(wǎng)不能密貼巷道壁面，因此對(duì)巷道進(jìn)行定期檢查是保證錨桿支護(hù)質(zhì)量必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)少數(shù)不合格的錨桿甚至失效的錨桿及時(shí)更換，以防錨桿支護(hù)巷道局部因壓力集中破壞錨噴結(jié)構(gòu)。

6 結(jié)語

錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)有一套科學(xué)的支護(hù)設(shè)計(jì)方法和現(xiàn)場監(jiān)測手段，其支護(hù)效果的好壞和安全隱患具有較大的隱蔽性，并且其支護(hù)參數(shù)是隨著地質(zhì)條件和生產(chǎn)條件的變化而不斷調(diào)整的，但是在現(xiàn)場實(shí)際中，往往忽視對(duì)錨桿支護(hù)效果的科學(xué)檢測，同時(shí)支護(hù)參數(shù)也不能適時(shí)進(jìn)行調(diào)整，從而影響支護(hù)效果。應(yīng)在查莊煤礦深部復(fù)雜條件巷道推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，使該項(xiàng)技術(shù)在煤炭系統(tǒng)推廣，促進(jìn)巷道支護(hù)技術(shù)的進(jìn)一步提高。

陳昭征（1973—），男，漢族，山東泰安人。1993年畢業(yè)于泰安煤校，2011年12月畢業(yè)于山東科技大學(xué)礦業(yè)工程領(lǐng)域，工程碩士學(xué)位，現(xiàn)在山東魯中能源集團(tuán)貴州魯中礦業(yè)有限責(zé)任公司任技術(shù)部部長，工程師。