巷道局部圍巖松動(dòng)破碎帶的支護(hù)實(shí)踐應(yīng)用

郗金華,張言海(山東井亭實(shí)業(yè)公司,山東　滕州　277500）

巷道局部圍巖松動(dòng)破碎帶的支護(hù)實(shí)踐應(yīng)用

郗金華,張言海
(山東井亭實(shí)業(yè)公司,山東滕州277500）

摘要：圍巖松動(dòng)破碎巷道的支護(hù)方式一直是煤礦安全生產(chǎn)的一大難題,對(duì)該問題的研究無疑對(duì)巷道施工特別是巷道維修工作、保證安全生產(chǎn)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：破碎帶；支護(hù)；應(yīng)用；巷道圍巖

1　概況

井亭實(shí)業(yè)公司的前身是山東能源棗礦集團(tuán)井亭煤礦,礦井于2006年破產(chǎn)改制,擁有近40年的開采歷史。該礦井主采煤層共有四層，分別為煤2、煤3、煤14、煤16。近年來，由于礦井資源枯竭，礦井開始對(duì)煤3進(jìn)行復(fù)采，煤3直接頂板為泥巖中砂巖,灰白色中粒石英砂巖,堅(jiān)硬不易冒落厚5-10m左右,底板為泥巖砂泥巖互層，黑色松軟含植物根化石,砂巖為灰色細(xì)沙。由于是三層煤復(fù)采,煤巖層受到初次開采的破壞，周圍的應(yīng)力也發(fā)生了改變，硬度降低,變軟變脆,極易破碎，巖層層理節(jié)理也隨之變化,綜上所述，因此增大了巷道圍巖的破碎性。以往，該礦井的巷道支護(hù)形式多采用錨網(wǎng)噴支護(hù)。35軌道下山布置在煤3之中,支護(hù)形式為錨噴支護(hù),半圓拱,支護(hù)材料為Φ14mm×1500mm的等強(qiáng)度鋼筋錨桿配合快速水泥錨固劑,設(shè)計(jì)毛斷面5.51m2、凈斷面4.4m2，服務(wù)年限3年。該巷道施工到圍巖破碎帶狀況為:巷道兩幫片幫、圍巖松動(dòng)圈擴(kuò)大、圍巖的硬度降低，頂板局部離合，巷道破壞較嚴(yán)重，影響了35采區(qū)的運(yùn)輸，同時(shí)形成了安全的隱患有待于急需解決。

2　巷道圍巖破壞原因分析

2.1巷道破壞的原因分析

35軌道下山由于在三層煤復(fù)采區(qū)施工，煤巖層受到過初次采動(dòng)的影響，回采后引起了巷道周圍的應(yīng)力重新分布后，雖然周圍的應(yīng)力趨于穩(wěn)定，巷道周圍圍巖變形量也隨之變小，但巷道重新開始布置掘進(jìn)，在掘進(jìn)的施工中爆破作業(yè)中，圍巖變形量按流變規(guī)律不斷緩慢地增長(zhǎng)，巷道周圍巖應(yīng)力改變并再次重新分布，隨著塑性區(qū)和圍巖松動(dòng)圈的顯著擴(kuò)大，伴隨著圍巖變形急劇增長(zhǎng)，出現(xiàn)了頂板離合冒落，兩幫片幫等巷道破碎現(xiàn)象。所以,該礦井在三層煤復(fù)采區(qū)域進(jìn)行掘進(jìn)施工時(shí)，圍巖的松動(dòng)破碎現(xiàn)象普遍存在。該巷道表現(xiàn)出的主要破壞狀況有:頂板下沉局部離合、底板底鼓變形、兩幫片幫等。具體表現(xiàn)有:①錨桿受壓力影響錨固失效，個(gè)別出現(xiàn)崩盤現(xiàn)象,充分證明了巷道頂板受壓嚴(yán)重,壓力應(yīng)在50-100kN以上。②巷道的圍巖破碎程度大,錨桿大板下垂凸起,圍巖表層破碎度均在Φ80-200mm之間,說明圍巖硬度降低,并且所受采動(dòng)的影響導(dǎo)致擠壓力變大;通過觀察漏矸空洞,測(cè)量破碎帶的厚度達(dá)到0.3-0.7m之間。③頂板出現(xiàn)了局部錨桿脫落,說明巷道局部的松動(dòng)圈深度已超過錨桿錨固的長(zhǎng)度,在1.5m以上。④頂板凹凸變形，部分錨桿深陷圍巖之中,圍巖移近量增大,出現(xiàn)散巖經(jīng)常掉落，說明巷道周圍均受到較大壓力。⑤巷道圍巖破碎帶顯現(xiàn)基本一致,無突變,說明巷道受力均衡,屬連緩慢量變現(xiàn)象,就是通常所說的“軟勁”。

2.2圍巖受到破壞的原因分析

巷道圍巖破壞的原因有：①受初采時(shí)采動(dòng)壓力影響,使巷道周圍整體全方位受到破壞;②巷道的圍巖受到采空區(qū)影響因素，局部未垮落帶長(zhǎng)期風(fēng)化、粉化,造成巷道圍巖的破碎;③巷道掘進(jìn)時(shí)施工爆破作業(yè)時(shí)對(duì)周圍圍巖的損壞;④煤3的頂?shù)装鍘r性決定了其狀況。

2.3圍巖參數(shù)分析

35軌道下山設(shè)計(jì)承擔(dān)3煤3501、3502、3503、3505四個(gè)工作面開采需要,該軌道下山同時(shí)還承擔(dān)進(jìn)風(fēng)巷、運(yùn)輸巷作用，所以,必須對(duì)其進(jìn)行徹底的有效支護(hù),滿足當(dāng)前礦井生產(chǎn)運(yùn)輸需要。根據(jù)巷道現(xiàn)狀、圍巖特性、服務(wù)年限、滿足生產(chǎn)的數(shù)據(jù)參數(shù)等,在施工設(shè)計(jì)方案中，應(yīng)將巷道圍巖3年的變化量、移近量等因素做考慮,即:巷道設(shè)計(jì)斷面=最小斷面+3年變化量。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察測(cè)量和以往施工經(jīng)驗(yàn)推斷,圍巖相對(duì)移近速度為200mm/а,也就是頂板下沉、底鼓、兩幫的絕對(duì)位移速度均為100mm/а左右。

3　圍巖破碎帶支護(hù)方式的優(yōu)化比較

3.1支護(hù)設(shè)計(jì)思路

（1）針對(duì)頂板下沉,不能硬性控制,只能相對(duì)限制,或者將下沉量消化在設(shè)計(jì)斷面中。

（2）針對(duì)底鼓,根據(jù)變化量的大小,適時(shí)采取臥底的方法解決。

（3）針對(duì)兩幫位移,采取開幫卸壓法處理,即將兩幫局部支護(hù)拆除,開幫放矸卸壓,然后重新補(bǔ)齊支護(hù)。

（4）針對(duì)新產(chǎn)生的破碎矸石掉落問題,采用枇子、竹笆、撐棍腰幫接頂控制。

3.2支護(hù)方式選擇

（1）錨網(wǎng)支護(hù)。礦井巷道錨噴支護(hù)時(shí)通常選用錨桿長(zhǎng)度Φ14mm×1500mm的等強(qiáng)度鋼筋錨桿，支護(hù)長(zhǎng)度有限,錨桿錨固力為40KN/根，由于圍巖松動(dòng)圈擴(kuò)展過大,局部松動(dòng)圈深度已超過錨桿長(zhǎng)度,在1.5m以上，錨桿部分出現(xiàn)錨固失效崩盤現(xiàn)象,說明巷道受壓情況比較嚴(yán)重,頂板壓力在50-100kN以上，錨桿支護(hù)方式不能有效的進(jìn)行支護(hù)。所以,該巷道施工到圍巖破碎帶時(shí)已不適合錨噴支護(hù)。

（2）工字鋼梯形棚支護(hù)。架棚支護(hù)雖然屬于被動(dòng)承壓支護(hù)方式,但是能夠在有效的范圍內(nèi)硬性控制圍巖應(yīng)力,尤其使用竹笆、枇子、撐棍能有效地防止散巖撒落,而且在巷道壓力大時(shí)，針對(duì)巷道兩幫移近量、底鼓可分別采用開幫卸壓法和臥底法解決,即可滿足巷道圍巖各參數(shù)對(duì)應(yīng)方案要求。所以,確定工字鋼梯形棚支護(hù)為巷道支護(hù)形式。

3.3支護(hù)方式的確定

根據(jù)圍巖特性和工字鋼梯形棚支護(hù)的特點(diǎn),以高度可縮量來消化頂板下沉量。巷道施工方案實(shí)施：35軌道下山在施工到復(fù)采區(qū)圍巖破碎帶時(shí)，采用工字鋼棚架棚支護(hù)。巷道斷面為梯形，棚距為0.8m，上梁凈開口1.8m，下底凈寬2.6m，棚腿長(zhǎng)度為2.4m，用枇子竹笆接頂腰幫，每棚用6塊枇子接頂，腰幫各4塊。施工期間使用好前探梁。使用前探梁時(shí)，用兩根4.0m長(zhǎng)的3寸鋼管和鐵鏈子加固使用，其固定位置于棚梁牙殼向里300mm處，每放炮后都必須前移兩根前探梁，并且兩根前探梁要平行、高低一致。每根前探梁至少得有3個(gè)固定點(diǎn)，超前部分用長(zhǎng)板子及背板（方木或批子）以打木垛的形式與頂板接實(shí)。施工巷道的支護(hù)必須完好，每棚不少于6根撐棍，具體位置：棚梁兩端到接口的0.3m處各打一根；每個(gè)棚腿各打兩根，即上端打在接口下0.3m處，下端打在底板上1.0m處，撐棍打成一條直線。迎頭10m棚內(nèi)每棚應(yīng)不少于兩根拉棚器，并打在棚梁下0.8m處。對(duì)于煤層松軟時(shí)，過高冒區(qū)采取打鐵撞楔套棚支護(hù)法開掘，撞楔應(yīng)有斜度，保證有足夠下棚空間，保證滿足技術(shù)尺寸要求。

4　經(jīng)濟(jì)效益

35軌道下山施工一年半后,巷道梯形架棚支護(hù)段未出現(xiàn)明顯變化,既使局部出現(xiàn)了新的離合片幫,但由于采取了梯形架棚支護(hù)，頂、幫使用枇子、竹笆接頂腰幫措施，巷道圍巖破碎帶得到了較好的控制，從而保障了巷道的安全可靠運(yùn)輸。35軌道下山巷道破碎帶支護(hù)選用梯形工字鋼架棚支護(hù)方式，在施工中避免重復(fù)修復(fù),為企業(yè)節(jié)省了資金，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，尤其確保了安全生產(chǎn)，意義重大。