深部松軟煤層巷道支護(hù)技術(shù)研究

摘要：在煤礦開(kāi)挖工程中，對(duì)于煤礦深部松軟煤層巷道支護(hù)施工時(shí)，掘進(jìn)過(guò)程會(huì)伴有大量的頂幫劈冒、相對(duì)位移量大，造成嚴(yán)重的圍巖破壞。因此，必須針對(duì)煤層巷道采取加強(qiáng)支護(hù)措施。文章就深部松軟煤層巷道支護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究，結(jié)合工程實(shí)際特點(diǎn)，制定合理的巷道支護(hù)方案，有效控制圍巖變形，提高施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：深部松軟煤層；巷道支護(hù)技術(shù)；煤礦開(kāi)挖；圍巖變形；巷道穩(wěn)定性 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TD353 文章編號(hào)：1009-2374（2015）01-0157-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0079

通常在煤礦挖掘過(guò)程中，如果遇到深部松軟的煤層巷道施工，在圍巖承載結(jié)構(gòu)中，兩幫與底板松軟、破碎都是主要的薄弱因素。在進(jìn)行巷道開(kāi)挖施工時(shí)，兩幫很可能發(fā)生破壞，失去穩(wěn)定性，也造成巷道頂?shù)装宸€(wěn)定性受到威脅。因此，有效地控制松軟煤層中的巷道穩(wěn)定性，就必須采取合理的措施對(duì)煤幫進(jìn)行加固，目的是為防止圍巖產(chǎn)生過(guò)大變形量，保證巷道維持其穩(wěn)定性。

1 深部松軟煤層巷道支護(hù)技術(shù)的研究意義

深部松軟煤層巷道的特點(diǎn)主要為：布置巷道工作困難，巷道的圍巖強(qiáng)度低，一般的巷道都是呈拱形或者梯形斷面的結(jié)構(gòu)，且大部分都是回采巷道，采礦影響很大，礦壓顯現(xiàn)劇烈。在實(shí)際的施工過(guò)程中，往往會(huì)因?yàn)橛龅揭恍鄬?、火成巖等地質(zhì)構(gòu)造原因，影響巷道圍巖的性質(zhì)，比如造成煤體碎裂、支護(hù)困難等。在一般的回采巷道中，支護(hù)施工基本都是采用U型鋼等棚架支護(hù)方式，這種方式不僅成本較高，支護(hù)效果不好，而且使用過(guò)程中還要經(jīng)常性地進(jìn)行翻修，大大降低了生產(chǎn)效率。

一般而言，傳統(tǒng)的巷道支護(hù)設(shè)計(jì)存在圍巖荷載不明確、支護(hù)參數(shù)選取不規(guī)范、缺乏針對(duì)性等問(wèn)題。同時(shí)，由于支護(hù)方式過(guò)于單一，且多數(shù)是被動(dòng)支護(hù)，施工過(guò)程缺乏對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，造成無(wú)法及時(shí)反饋的情況；另外，施工時(shí)，缺乏準(zhǔn)確、及時(shí)的險(xiǎn)情預(yù)報(bào)工作等都是造成煤礦生產(chǎn)種種問(wèn)題的因素。對(duì)于煤礦深部松軟煤層條件的巷道支護(hù)技術(shù)控制更是當(dāng)前多數(shù)煤礦企業(yè)主要關(guān)注的問(wèn)題。

2 煤層巷道圍巖的主要破壞類(lèi)型和影響因素

2.1 煤層巷道圍巖的主要破壞類(lèi)型

煤層巷道圍巖破壞類(lèi)型一般分為剪切與復(fù)合破壞、拉伸破壞、重剪破壞以及潮解膨脹破壞四種。其中剪切破壞一般發(fā)生在巷道兩幫中，如果支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足以承受剪切應(yīng)力的時(shí)候，巷道的兩幫圍巖就會(huì)產(chǎn)生剪切破壞。而另一種常見(jiàn)的拉伸破壞則還可以分為拉裂破壞與折斷破壞，一般發(fā)生在矩形的巷道頂板中，因拉應(yīng)力與上部圍巖應(yīng)力作用導(dǎo)致巷道頂板徑向受拉而產(chǎn)生的冒頂現(xiàn)象。另外，因?yàn)閹r層的節(jié)理裂隙結(jié)構(gòu)弱面的強(qiáng)度不夠，受到的剪切力大于抗剪強(qiáng)度，就會(huì)導(dǎo)致圍巖沿結(jié)構(gòu)弱面產(chǎn)生剪切破壞，這種現(xiàn)象就稱(chēng)之為重剪破壞。而潮解膨脹破壞則是由于煤層巷道的頂?shù)装鍘r層中，因?yàn)槌３Ｓ心鄮r、頁(yè)巖等巖層，且這些巖層中含有大量的膨脹性礦物，一旦在潮濕的井下環(huán)境中，就會(huì)發(fā)生風(fēng)化潮解，遇水后嚴(yán)重影響圍巖的強(qiáng)度。

2.2 煤層巷道失穩(wěn)變形的主要影響因素

在實(shí)際的煤礦開(kāi)挖過(guò)程中，圍巖自身強(qiáng)度與完整性、工程的地質(zhì)條件、巷道開(kāi)挖與支護(hù)方式以及巷道位置等都是造成煤層巷道失穩(wěn)的主要因素。另外，巷道的斷面結(jié)構(gòu)與尺寸、相鄰工程的影響、護(hù)巷煤柱的尺寸以及采動(dòng)影響等因素也會(huì)對(duì)巷道造成一定的變形。根據(jù)林西礦的巖性分析來(lái)看，煤礦深處的松軟煤層中，揭露出來(lái)的煤巖體比較松軟，裂隙逐漸發(fā)育，一旦遇到水就會(huì)形成少量的膨脹變形。由于兩幫煤體呈現(xiàn)較為松軟、破碎的性質(zhì)，在巷道開(kāi)挖后的短時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)大量的片幫，這樣不僅會(huì)加劇頂板下沉，更會(huì)造成不同程度的底鼓。此外，巷道穿越構(gòu)造破碎帶的圍巖也比較破碎，會(huì)產(chǎn)生高強(qiáng)度的碎脹壓力導(dǎo)致碎脹變形。

3 深部松軟煤層巷道支護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)研究

3.1 巷道支護(hù)錨桿施工工藝

錨桿施工技術(shù)是巷道支護(hù)施工的重要技術(shù)，錨桿技術(shù)施工時(shí)需要注意以下六點(diǎn)：（1）要保證錨桿眼的準(zhǔn)確，允許眼位誤差在50mm范圍內(nèi)，錨桿眼深度應(yīng)與錨桿長(zhǎng)度相匹配，并且要嚴(yán)格按照規(guī)程要求來(lái)操作。在錨桿眼確定定位后，應(yīng)及時(shí)清理眼孔，把眼內(nèi)的煤（巖）粉等渣滓清理干凈；（2）在錨桿的鉆孔底部采用CK2333樹(shù)脂錨固劑經(jīng)充分?jǐn)嚢韬箦^固，采用錨桿拉力計(jì)來(lái)測(cè)定錨桿的錨固力，設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的預(yù)緊力與施工安裝扭矩；（3）合理設(shè)計(jì)頂幫錨索的預(yù)緊力和錨固力，嚴(yán)禁隨意截短藥卷或者鋼絞線；（4）錨桿的托盤(pán)必須保證已經(jīng)壓緊金屬網(wǎng)，再用錨桿機(jī)帶動(dòng)專(zhuān)用連接套來(lái)緊固，以免松動(dòng)造成離層；（5）在進(jìn)行打錨桿的環(huán)節(jié)中，必須保證要在有臨時(shí)安全支護(hù)條件的環(huán)境下進(jìn)行，并且還應(yīng)安排專(zhuān)人對(duì)頂板進(jìn)行監(jiān)護(hù)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行處理；（6）適時(shí)采用加密錨索聯(lián)合支護(hù)，該支護(hù)方式的優(yōu)點(diǎn)在于能夠通過(guò)錨索將挖掘出深部松軟煤層的強(qiáng)度，與淺層的支護(hù)結(jié)構(gòu)、巖體形成多層有效結(jié)合，兩者共同作用，達(dá)到控制頂?shù)装寮皟蓭拖鄬?duì)移近量的目的。此套技術(shù)是目前用來(lái)解決深度松軟煤層巷道支護(hù)困難的有效

措施。

3.2 深部順槽耦合支護(hù)設(shè)計(jì)工藝

耦合支護(hù)設(shè)計(jì)有幾個(gè)支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)需要特別注意：頂錨桿、幫錨桿、錨索、鋼筋網(wǎng)以及復(fù)合托盤(pán)等參數(shù)。錨桿長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)巷道表面的位移監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)判斷，如果巷道表面的位移變化趨勢(shì)超過(guò)了巷道的運(yùn)行變形范圍，就需要加大錨桿的長(zhǎng)度來(lái)改善支護(hù)效果。圍巖的變形主要有兩種：一種是錨固范圍內(nèi)巖體自身的體積膨脹，另一種則是錨固區(qū)的巖體相對(duì)于穩(wěn)定區(qū)巖體的相對(duì)移近量。另外，為保證巷道的穩(wěn)定性，錨索應(yīng)該保證要錨固到穩(wěn)定的巖層內(nèi)，如果圍巖比較破碎，需要適當(dāng)加密網(wǎng)孔，使得網(wǎng)與網(wǎng)之間逐扣連接。而根據(jù)錨桿的變形量來(lái)看，錨桿的收縮量越小，圍巖的變形量就會(huì)更大，采用復(fù)合托盤(pán)的方式就可以解決兩者的差異變形，達(dá)到錨桿和圍巖耦合的目標(biāo)。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)監(jiān)測(cè)分析

煤礦的巷道開(kāi)挖會(huì)在一定范圍內(nèi)影響圍巖的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力重新分布并出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，由原來(lái)的三相應(yīng)力變?yōu)殡p向應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致力學(xué)性能降低，圍巖強(qiáng)度也隨之降低。經(jīng)過(guò)重新分布的圍巖應(yīng)力大于圍巖強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)一定區(qū)域的破壞，圍巖出現(xiàn)了塑性變形，并且有可能向深度擴(kuò)展成為塑性區(qū)。而塑性區(qū)的范圍的圍巖強(qiáng)度降低，就會(huì)發(fā)生破裂和滑移，導(dǎo)致頂板離層、底板鼓起等現(xiàn)象。

采用現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)監(jiān)測(cè)主要就是聯(lián)合監(jiān)測(cè)巷道圍巖的表面位移與錨桿軸力，在圍巖的表面設(shè)置測(cè)量點(diǎn)，在錨桿上安裝測(cè)力計(jì)，通過(guò)分析圍巖的收斂變形量與測(cè)力計(jì)的觀測(cè)值來(lái)確定圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。該種監(jiān)測(cè)方法不僅能節(jié)約成本、節(jié)省時(shí)間，更是反映錨桿工作實(shí)時(shí)狀況的重要技術(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，對(duì)于控制煤礦深部松軟煤層巷道支護(hù)的施工質(zhì)量還有很多種方式，只要充分運(yùn)用工程地質(zhì)學(xué)、巖體力學(xué)或者軟巖工程力學(xué)等進(jìn)行分析，理論知識(shí)與工程實(shí)際有機(jī)結(jié)合，給出科學(xué)合理的控制機(jī)制與綜合措施，就能有效提高工程質(zhì)量，達(dá)到一次成巷的目的。

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作者簡(jiǎn)介：吳培益（1973—），男，安徽人，唐山開(kāi)灤林西礦業(yè)公司安全管理部采煤工程師，研究方向：井工煤礦安全技術(shù)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint