軟巖支護(hù)錨桿錨固力與圍巖強(qiáng)度相關(guān)性研究

馬騰

（新汶礦業(yè)集團(tuán)（伊犁）能源開發(fā)有限責(zé)任公司一礦，新疆伊寧 835000）

軟巖支護(hù)錨桿錨固力與圍巖強(qiáng)度相關(guān)性研究

馬騰

（新汶礦業(yè)集團(tuán)（伊犁）能源開發(fā)有限責(zé)任公司一礦，新疆伊寧 835000）

本研究主要是針對伊南礦區(qū)某礦井正在施工3層煤輔助、膠帶、回風(fēng)三條下山，通過分析錨桿支護(hù)與圍巖強(qiáng)度機(jī)理，提出支護(hù)改革措施，優(yōu)化現(xiàn)場施工工藝，保證現(xiàn)場施工安全，提高施工效率。本文結(jié)合井下已掘巷道支護(hù)形式進(jìn)一步提出了優(yōu)化方案并在現(xiàn)場實施，通過前后巷道支護(hù)質(zhì)量及巷道來壓后巷道變形比較，得出適合本礦實際的支護(hù)形式。同時，積累伊犁礦區(qū)支護(hù)參數(shù)，為其他礦井開發(fā)建設(shè)提供直接參考資料。

軟巖 支護(hù) 錨桿錨固力 圍巖強(qiáng)度

1　主要研究內(nèi)容

（1）通過在同一巷道進(jìn)行不同型號錨桿支護(hù)試驗，可以測出在相同強(qiáng)度圍巖下巷道的變形情況及錨桿對巷道的支護(hù)效果。（2）在同一圍巖強(qiáng)度下，施加不同直徑錨桿鉆孔和錨固劑，可以測得在該圍巖強(qiáng)度下有效控制巷道變形的最佳錨固力。（3）巷道在超挖或者片幫嚴(yán)重情況下，在煤壁與錨桿托盤間施作混凝土墊塊，或者雙網(wǎng)雙抗結(jié)構(gòu)，可有效的防止錨桿錨固力削減。

2　研究目標(biāo)

研究軟巖支護(hù)錨桿錨固力與圍巖強(qiáng)度相關(guān)性，可以根據(jù)不同巷道的巖體強(qiáng)度，施加不同的錨固力，以對巷道變形達(dá)到最佳的控制效果。為礦井支護(hù)和后期巷道安全維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

3　技術(shù)關(guān)鍵

（1）下山掘進(jìn)迎頭易發(fā)生積水，造成巖石膨脹，泥化，影響綜掘機(jī)施工，對人員施工也造成困難，應(yīng)解決迎頭積水問題。（2）巷道斷面大，掘進(jìn)過程中兩幫易發(fā)生片幫，對人員安全造成威脅。（3）圍巖穩(wěn)定性差，底板巖石遇水膨脹易發(fā)生底臌造成巷道變形失穩(wěn)。

4　技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（1）原巷道平均施工速度提高30%以上。（2）工程質(zhì)量滿足設(shè)計要求，質(zhì)量合格。（3）形成一套完整的錨桿支護(hù)施工工藝，施工技術(shù)及研究達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

5　達(dá)到的技術(shù)水平

弱膠結(jié)軟巖是在我國西部礦區(qū)白堊系、侏羅系地層中廣泛存在的一類特殊軟巖。由于其強(qiáng)度低、巖石顆粒之間的膠結(jié)物黏聚力小、巖石取芯率低、試驗難度大，所以研究成果非常少。本研究針對該礦井下巷道支護(hù)中的實際問題，采用理論分析與現(xiàn)場實際，提出經(jīng)濟(jì)合理安全可靠的支護(hù)方法；同時提出合理施工工藝，確保巷道施工安全。

6　經(jīng)濟(jì)、社會效益及推廣應(yīng)用的前景

（1）通過支護(hù)工藝改革，大大提高巷道的安全性和穩(wěn)定性，保證工程質(zhì)量及現(xiàn)場安全。（2）優(yōu)化了施工工藝，提高掘進(jìn)速度、降低成本。（3）由于支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠，有效減少巷道變形，避免巷道翻修，節(jié)約了巨額的維修費用。（4）高應(yīng)力煤巷在我國西部礦區(qū)廣泛分布，隨著西部煤礦建設(shè)和生產(chǎn)的發(fā)展，巷道底鼓、片幫顯現(xiàn)將會越來越頻繁和越來越嚴(yán)重，所以本研究成果有廣泛的應(yīng)用前景。

7　采用的研究、實驗方法和技術(shù)路線

7.1確定合理錨桿選型

該礦原巷道支護(hù)采用Φ20*2200等強(qiáng)螺紋鋼式錨桿，后期優(yōu)化為采用Φ20*2200熱軋細(xì)牙等強(qiáng)螺紋鋼式樹脂錨桿。通過使用Φ 20*2200熱軋細(xì)牙等強(qiáng)螺紋鋼式樹脂錨桿后，同一區(qū)域巷道支護(hù)后變形較原錨桿有了明顯減少，但隨著巷道不斷延深，巷道掘進(jìn)至深部后巷道變形逐漸增大。針對這一現(xiàn)象巷道支護(hù)過程中對巷道頂板錨桿再次進(jìn)行了優(yōu)化，采用Φ20*2400錨桿。通過對同區(qū)段支護(hù)效果對比，頂板及肩窩處變形有了顯著改善。

7.2錨桿支護(hù)“三徑匹配”

錨桿支護(hù)“三徑匹配”是指鉆孔直徑、錨桿直徑、錨固劑直徑“三徑”之間的最佳配合，從而使錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)整體達(dá)到最佳的支護(hù)狀態(tài)。綜合分析研究結(jié)果及實踐經(jīng)驗證明：錨桿直徑對于是否能夠有效充分地均勻攪拌樹脂藥卷以及錨桿是否能夠順利安裝起著非常關(guān)鍵的作用。鉆孔直徑與錨桿直徑之差在6-10mm之間時，可以獲得較大的錨固力和較好的支護(hù)效果；樹脂錨固劑直徑應(yīng)比鉆孔直徑小3-6mm。

7.3增加截割破碎區(qū)支護(hù)強(qiáng)度

該礦掘進(jìn)過程中巷道壓力大，煤層破碎嚴(yán)重。巷道原施工過程中前期為采用“雙盤雙帽”法進(jìn)行支護(hù)，即錨桿支護(hù)過程中第一層錨盤與螺帽將錨桿錨固至緊貼巖面，空幫（肩窩）處充填碎煤塊，外部第二層錨盤與螺帽將錨網(wǎng)與充填面壓緊密實。后期采用“雙層網(wǎng)”法進(jìn)行支護(hù)，即巷道截割完支護(hù)時將錨網(wǎng)直接錨緊至緊貼巖面，然后對空幫嚴(yán)重處進(jìn)行二次掛網(wǎng)固定保證巷道成型，對兩層網(wǎng)間空幫部分不再采用充填碎煤塊而是直接噴漿噴實。

以上兩種方式施工一段時間后綜合兩種方法優(yōu)缺點進(jìn)一步優(yōu)化為對漲幫、漏頂部分采用水泥砌塊配合廢舊皮帶、W鋼帶墊壓到錨盤下，提高了巷道預(yù)緊力、節(jié)省了材料，同時也消除了充填碎煤塊存在的煤自燃隱患。

8　項目的研究意義

8.1具有重大的工程應(yīng)用價值

揭示該礦“震頂”和“底鼓”生產(chǎn)機(jī)理、探索顯現(xiàn)規(guī)律、評估災(zāi)害等級、尋找治理措施，提出經(jīng)濟(jì)合理安全可靠的支護(hù)方法，解決該礦當(dāng)前遇到的“震頂”和“底鼓”兩個巷道掘進(jìn)中的難題；同時為本礦后續(xù)可能顯現(xiàn)更加嚴(yán)重的“震頂”和“底鼓”現(xiàn)象或災(zāi)害的防治提供理論依據(jù)和基本方法，確保巷道施工和運營的安全?？梢姡狙芯砍晒徽撛诋?dāng)前礦井建設(shè)期間還是將來的礦井投產(chǎn)期間都具有重大的應(yīng)用價值，帶來重大的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。

8.2具有深遠(yuǎn)的理論價值

伊犁礦區(qū)地層屬于弱膠結(jié)軟巖，這是在我國西部礦區(qū)白堊系、侏羅系地層中廣泛存在的一類特殊軟巖。由于西部特殊的成巖環(huán)境和沉積過程，形成了其獨特的物理力學(xué)性質(zhì)。其典型特征是強(qiáng)度低、膠結(jié)差、易風(fēng)化、遇水泥化。力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定、本構(gòu)關(guān)系非常復(fù)雜，干燥或天然無水狀態(tài)下屬于巖石；遇水后易崩解，隨著含水量的增加逐漸向土體性質(zhì)轉(zhuǎn)移，在飽和狀態(tài)下有的甚至就變成泥砂土。正由于其強(qiáng)度低、巖石顆粒之間的膠結(jié)物黏聚力小、巖石取芯率低、試驗難度大，所以研究成果非常很少。

因為對弱膠結(jié)軟巖的力學(xué)性質(zhì)、變形規(guī)律、破壞機(jī)理開挖擾動力響應(yīng)等特性研究很少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了工程建設(shè)的要求。因此，這類軟巖巷道的開挖、支護(hù)設(shè)計缺乏理論依據(jù)，經(jīng)常出現(xiàn)冒頂、塌方事故，嚴(yán)重威脅生產(chǎn)安全，巷道建設(shè)成本和維護(hù)成本大幅度上升，這是我國煤礦西部開發(fā)中遇到的新難題。

馬騰（1986—），男，山東新泰人，新汶礦業(yè)集團(tuán)（伊犁）能源開發(fā)有限責(zé)任公司一礦安全調(diào)度室副主任，助理工程師，主要從事礦井建設(shè)工作。