大斷面軟巖巷道支護技術及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

陳小磊 劉志蒙 張著飛 馬健強

（1.神華寧夏煤業(yè)集團公司梅花井煤礦，寧夏回族自治區(qū)銀川市，751400；2.山西省煤炭規(guī)劃設計院，山西省太原市，030001）

大斷面軟巖巷道支護技術及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

陳小磊1劉志蒙2張著飛1馬健強1

（1.神華寧夏煤業(yè)集團公司梅花井煤礦，寧夏回族自治區(qū)銀川市，751400；2.山西省煤炭規(guī)劃設計院，山西省太原市，030001）

為解決大斷面軟巖巷道的支護難題，依據(jù)梅花井煤礦112202工作面輔助運輸巷采礦地質條件及巷道參數(shù)，考慮軟巖巷道圍巖變形的特殊性，在改變傳統(tǒng)混凝土碹支護技術的基礎上，設計了錨網(wǎng)可縮性條帶碹聯(lián)合支護方式及施工工藝，并對試驗段巷道進行了礦壓觀測，分析了試驗段巷道表面變形、頂板離層、深部位移及頂板錨桿受力情況。結果表明：錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護可以有效地控制大斷面軟巖巷道圍巖變形，為類似條件下的巷道支護提供了技術借鑒。

大斷面巷道 軟巖巷道 錨網(wǎng) 可縮性條帶碹 礦壓監(jiān)測

1 工程概況

梅花井煤礦112202工作面輔助運輸巷圍巖條件差，巷道掘進斷面大，含水層對頂?shù)装逵绊憞乐兀锏朗芑夭捎绊憰r維護量較大。根據(jù)該巷道采礦地質條件及巷道參數(shù)，設計了大斷面軟巖巷道錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護方式及施工工藝，并對試驗段巷道進行了礦壓觀測分析。該技術遵循軟巖巷道“先讓壓后抗壓”支護原則，改變了傳統(tǒng)混凝土碹支護方式，有效地控制了巷道圍巖變形。

選取梅花井煤礦112202工作面輔助運輸巷600 m長的一段進行試驗，巷道沿2-2＃煤層底板掘進，采用直墻半圓拱形斷面，拱高2.65 m，墻高1.2 m，掘進凈寬5.3 m，面積17.4 m2。

2-2＃煤層直接頂為細砂巖，巖石孔隙率不大，但吸水率較高，軟化系數(shù)極低，為易冒落的不穩(wěn)定巖層；直接底為細砂巖，孔隙裂隙較發(fā)育，巖石易軟化，堅固性和抗變形能力差，為不穩(wěn)定巖層；2-1＃煤層上覆含水層是礦井主要含水層，可以經過頂板裂隙、錨索孔滲入到2-2＃煤層頂板，使巷道圍巖吸水軟化膨脹，嚴重影響巷道的正常使用。

2 錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護技術

錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護技術采用錨網(wǎng)支護和錨網(wǎng)混凝土碹支護兩種方式，每種支護方式支護1.6 m長巷道，兩種支護方式交替進行，在維護圍巖穩(wěn)定性的基礎上，使混凝土碹具有可縮性，更好地適應圍巖膨脹變形，達到支護巷道的目的。

2.1 錨網(wǎng)支護段方案設計

錨網(wǎng)支護段采用錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護，頂板及幫部分別選用10根?20 mm×2500 mm和4根?20 mm×1800 mm左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，間排距均為800 mm×800 mm，聯(lián)網(wǎng)絲扣100 mm，均安裝規(guī)格為120 mm×120 mm×10 mm的鐵托盤，幫錨桿增加規(guī)格為400 mm×200 mm×50 mm的木托板。選用符合巷道斷面及錨桿孔數(shù)的波紋鋼帶，鋪設網(wǎng)格規(guī)格為50 mm×50 mm的菱形金屬網(wǎng)，如圖1、圖2所示。

2.2 條帶碹支護段方案設計

條帶碹支護段采用錨網(wǎng)與模注混凝土聯(lián)合支護，頂板及幫部分別選用9根?20 mm×2800 mm的等強錨桿，幫部選用4根?20 mm×2100 mm等強錨桿，間排距均為800 mm×800 mm；頂、幫錨桿均安裝雙鐵托盤，規(guī)格為120 mm×120 mm×10 mm，分別緊貼巷道巖面及混凝土面安裝，金屬網(wǎng)鋪設與錨網(wǎng)支護段相同。

采用掛設柔性模袋澆注混凝土的支護方式，強度為C25的普通混凝土與泡沫混凝土結合使用，兩者澆注厚度分別為200 mm和50 mm，泡沫混凝土澆注層緊靠巷道圍巖，如圖3所示。

圖3 條帶碹支護段支護斷面圖

2.3 可縮性條帶碹支護工藝設計

在錨網(wǎng)支護段及條帶碹支護段中，錨桿、金屬網(wǎng)、鋼帶的安裝都采用傳統(tǒng)的工藝。條帶碹支護施工工藝流程如圖4所示。

圖4 條帶碹支護施工工藝流程圖

泵注混凝土鋪底后，掛設尺寸為1600 mm×11000 mm×250 mm的柔性模袋，先掛設中間灌注口兩側的錨桿預留孔，再依次掛設其它錨桿預留孔，直至模袋全部掛設于錨桿之上；隨后安裝與巷道斷面相匹配的鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)采用?6.5 mm的圓鋼焊制，規(guī)格為1600 mm×5000 mm （長×寬），網(wǎng)格尺寸100 mm×100 mm，鋼筋網(wǎng)與巷道圍巖之間距離為250 mm。

使用KTQZHNTZB-15柔性模袋專用輕質混凝土制備輸送機制備及輸送混凝土，混凝土從灌注口灌入模袋，采用人工敲擊的辦法振搗，先灌注普通混凝土，達到規(guī)定體積后，灌注泡沫混凝土；當模袋接近飽滿時，須暫停5～10 min，待模袋中的水析出后，再繼續(xù)灌注，以確保頂部及邊緣填充密實。

混凝土凝固后，用膠管進行灑水養(yǎng)護，7 d內要保持表面濕潤。鋼筋網(wǎng)在混凝土凝固7 d后拆除，拆除時應盡量保持鋼筋網(wǎng)的完好，以便重復利用。

3 礦壓監(jiān)測及分析

3.1 監(jiān)測內容

本次礦壓觀測內容主要有巷道表面變形監(jiān)測、巷道頂板離層監(jiān)測、巷道圍巖深部多點位移監(jiān)測和錨桿受力監(jiān)測等。在巷道試驗段共布置6個測站，第1測站距工作面切眼50 m，各測站間距為20 m。

（1）巷道表面位移監(jiān)測。在每個測站內設2個巷道表面位移監(jiān)測測面，測面間距為1.0 m。要求測站所設的基點必須牢固，觀測數(shù)據(jù)準確可靠。

（2）巷道頂板離層監(jiān)測。在每個測站內設1條巷道頂板離層監(jiān)測線，每條測線布置2個測點，間距為1.0 m，每個測點安裝1個DLY-2型頂板離層指示儀，設2個基點，深度分別為2 m和4 m。

（3）巷道圍巖深部多點位移監(jiān)測。在每個測站內設1條巷道圍巖深部多點位移監(jiān)測線，每條測線布置2個測點，間距為1.0 m，每個測點安裝1個DW-4型多點位移計，設4個基點，深度分別為1 m、2 m、3 m和5 m。

（4）錨桿受力監(jiān)測。在每個測站內設1條錨桿受力監(jiān)測線，每條測線布置2個測點，間距為1.0 m，每個測點安裝1個YBYZ-60型錨桿載荷監(jiān)測儀，分別監(jiān)測2根錨桿受力情況。

3.2 礦壓監(jiān)測結果分析

3.2.1 巷道表面變形分析

通過對6個巷道表面變形監(jiān)測測站進行連續(xù)觀測，得出巷道掘進期間表面變形情況，見表1。

由表1可知，掘巷期間，圍巖變形量較小，巷道頂?shù)装遄畲笠平繛?02.5 mm，兩幫最大移近量為61.8 mm，巷道穩(wěn)定后頂?shù)装寮皟蓭鸵平俣染陀?.0 mm／d，錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護有效地控制了巷道圍巖變形，保證了大斷面軟巖巷道的正常使用。

表1 掘進期間巷道表面變形統(tǒng)計

3.2.2 巷道頂板離層分析

通過對6個巷道頂板離層監(jiān)測測站的頂板離層儀所測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，得出巷道掘進期間頂板離層情況，見表2。

表2 掘進期間巷道頂板離層統(tǒng)計

由表2可知：巷道掘進期間，頂板離層量相對不大，一般在15～25 mm范圍內，錨固區(qū)內離層值大于錨固區(qū)外離層值，說明頂板離層主要發(fā)生在錨固范圍內，錨固范圍外離層較小，錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護有效地控制了巷道頂板離層。

3.2.3 巷道圍巖深部多點位移分析

通過對6個巷道圍巖深部多點位移監(jiān)測測站的多點位移計所測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，得出巷道掘進期間圍巖深部位移情況，見表3。

表3 掘進期間巷道圍巖深部位移統(tǒng)計

由表3可知，巷道深部位移量遠小于巷道表面位移量，隨著向巷道頂板深部的深入，位移量衰減很快，說明巷道圍巖的位移主要發(fā)生在淺部，2 m以外的圍巖位移很小，錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護有效地控制了巷道深部圍巖位移。

3.2.4 錨桿受力分析

通過對巷道頂板錨桿受力進行監(jiān)測，得出錨桿受力分布情況，如圖5所示。

圖5 112202工作面輔助運輸巷錨桿受力分布圖

由圖5可知：頂板錨桿受力在距掘進工作面80 m范圍內較小，基本在10～40 k N之間；在距掘進工作面80 m范圍之外受力較大，一般在120 k N左右，錨桿受力已經接近錨桿的屈服極限，說明錨桿的能力已得到充分利用，錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護方案設計合理，參數(shù)選擇正確。

4 結論

（1）依據(jù)112202工作面輔助運輸巷采礦地質條件及巷道參數(shù)，結合大斷面軟巖巷道圍巖特征及支護原則，設計了適合于該巷道的錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護方式，并完善了可縮性條帶碹支護工藝。

（2）錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護巷道，在掘進期間，圍巖變形量較??；掘進影響穩(wěn)定后，圍巖變形速度低。

（3）根據(jù)礦壓監(jiān)測結果可知，錨桿可縮性條帶碹支護技術可以有效地控制大斷面軟巖巷道的圍巖變形，為類似條件下的巷道支護，提供了一種可行的技術參考。

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On support technology and strata behavior law in large section soft rock roadway

Chen Xiaolei1，Liu Zhimeng2，Zhang Zhufei1，Ma Jianqiang1
（1.Meihuajing Coal Mine，Shenhua Ningxia Coal Industry Group，Yinchuan，Ningxia 751400，China；
2.Shanxi Coal Planning and Designing Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

In order to solve the support problem in large section soft rock roadway，this paper designs the combining supporting mode of"anchor net and yielded strip arch"and the construction process based on changing the traditional concrete arch for the specialty of surrounding rock deformation in soft rock roadway according to the geological conditions and parameters of the auxiliary transport roadway of the 112202 working face in Meihuajing Coal Mine.It also conducts the strata control observation in test section of the roadway and then analyzes the surface deformation，roof delamination，deep-seated displacement and stress state of the roof bolt there.The result shows that the supporting mode of"anchor net and yielded strip arch"can effectively control the surrounding rock deformation in large section soft rock roadway，which provides technical reference for roadways in the similar conditions.

large section roadway，soft rock roadway，anchor net，yielded strip arch，strata control observation

TD353

A

陳小磊 （1986-），男，助理工程師，2007年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學采礦工程專業(yè)，現(xiàn)任神華寧夏煤業(yè)集團梅花井煤礦綜采一隊副隊長。

（責任編輯 張毅玲）