試析煤礦軟巖巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)

袁海洪

【摘要】本文對(duì)軟巖巷道圍巖變形破壞特征、變形原因進(jìn)行了研究，通過(guò)分析軟巖巷道破壞機(jī)理，然后闡述了某礦-560米開(kāi)拓大巷的支護(hù)方式（加大錨桿長(zhǎng)度、加強(qiáng)錨索支護(hù)、優(yōu)化支護(hù)密度等），最后由淺至深觀測(cè)優(yōu)化后的巷道支護(hù)方式，結(jié)果證明，支護(hù)經(jīng)過(guò)優(yōu)化后可以很好的降低巷道變形，同時(shí)減少其破壞。

【關(guān)鍵詞】軟巖巷道；破壞機(jī)理；支護(hù)技術(shù)；效果分析

一、工程介紹

某礦正在施工，其為-560米開(kāi)拓大巷、運(yùn)輸巷以及軌道巷三者并行安排，之間間距為30米，運(yùn)輸巷在掘進(jìn)施工的時(shí)候是超前軌道巷。該礦在施工時(shí)通過(guò)膠帶輸送機(jī)和掘進(jìn)機(jī)綜合機(jī)械化進(jìn)行掘進(jìn)，采用傳統(tǒng)的錨網(wǎng)噴支護(hù)方式進(jìn)行巷道支護(hù)。大巷的施工地點(diǎn)主要在斷層破碎帶和太原組海相泥巖當(dāng)中，較為突出的問(wèn)題就是巷道支護(hù)。通過(guò)測(cè)驗(yàn)得出，該巷圍巖在性質(zhì)上屬于軟巖，抗壓強(qiáng)度為2.2至21.0兆帕。這樣的圍巖屬于不堅(jiān)固巖層，通常比較容易破碎，且強(qiáng)度小，遇水容易軟化，比較難支護(hù)，同時(shí)加之?dāng)鄬?、水等因素?duì)上巷道圍巖的影響，使得棚梁彎曲下沉，而且棚腿被擠出，達(dá)不到支護(hù)效果，巷道斷面很快減小，對(duì)運(yùn)輸、通風(fēng)、行人都造成嚴(yán)重影響。當(dāng)掘進(jìn)-560米開(kāi)拓巷道之后，底鼓成為大巷面臨的主要問(wèn)題，最大底鼓量達(dá)到0.45米，這對(duì)軌道造成一定破壞，而且大巷運(yùn)輸正常運(yùn)行較為困難，掘進(jìn)速度顯著降低，不僅如此，還造成斷面發(fā)生變形，嚴(yán)重收縮，通風(fēng)阻力也明顯增大，行人安全距離明顯減小，巷道出現(xiàn)冒頂?shù)粼?，這些現(xiàn)象都對(duì)人身安全造成危害，所以，對(duì)巷道支護(hù)質(zhì)量進(jìn)行改善很有必要。

二、軟巖巷道變形破壞機(jī)理和原因分析

1.軟巖巷道破壞機(jī)理

軟巖進(jìn)入了大變形階段，屬于非線性塑性變形，其變形場(chǎng)在非線性力學(xué)場(chǎng)范圍，所以，軟巖巷道破壞機(jī)理明顯不同于硬巖巷道。通過(guò)分析巷道圍巖強(qiáng)度、巷道變形量、圍巖礦物成分、圍巖應(yīng)力狀態(tài)等因素，能夠得出某礦-560米開(kāi)拓大巷圍巖屬于高應(yīng)力節(jié)理化膨脹性復(fù)合型軟巖。如果在支護(hù)的極限承載能力達(dá)不到荷載時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致巷道圍巖發(fā)生形變，進(jìn)而會(huì)破壞支護(hù)。通常來(lái)講，外載荷有以下幾種：構(gòu)造應(yīng)力、覆巖壓力、支撐壓力、沖擊地壓。雖然說(shuō)影響支護(hù)的因素很多，但是外力和巖石本身性質(zhì)絕對(duì)是最重要的，如果巖石受上述某種力或者是幾種力作用，先會(huì)失穩(wěn)，然后使得支護(hù)也失穩(wěn)。

2.大巷變形分析

第一，巷道失穩(wěn)歸根結(jié)底是由于圍巖承載能力比較低。通過(guò)研究實(shí)驗(yàn)可知，該巷道圍巖抗壓強(qiáng)度還達(dá)不到21兆帕，標(biāo)準(zhǔn)的軟巖。再加上斷層的破碎帶比較多，圍巖整體承載能力就會(huì)受到比較大的影響。

第二，地應(yīng)力比較大。巷道所占地方斷層多、地質(zhì)條件不好，而且最主要的是水平應(yīng)力，數(shù)值也很大。

第三，原有的支護(hù)參數(shù)不恰當(dāng)。問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下幾方面：1）支護(hù)強(qiáng)度達(dá)不到，支護(hù)的整體性形不成。2）托盤(pán)和錨桿不吻合，托盤(pán)達(dá)不到應(yīng)有厚度，還有的托盤(pán)內(nèi)陷、反轉(zhuǎn)，這使得錨固完不成應(yīng)有作用。除此之外，施工的時(shí)候因?yàn)橄锏乐ёo(hù)滯后、有些錨桿預(yù)緊力不足等緣故，使得巷道重要部位陷失穩(wěn)破壞，然后從部分再使得全斷面失效。3）應(yīng)力比較集中的區(qū)域措施不達(dá)標(biāo)。最容易出現(xiàn)應(yīng)力增高的地方是巷道底板中的圍巖，然后巷道底板產(chǎn)生發(fā)生明顯的塑性變形和剪切破壞，進(jìn)而有彎曲、碎脹等變形出現(xiàn)。

三、優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)

1.原來(lái)支護(hù)措施

開(kāi)拓大巷斷面巷道寬為4.4米，軌面往上的高為33.5米，其形狀為直墻半圓拱形。之前采用的是錨網(wǎng)噴支護(hù)，使用直徑為0.02m×2m的錨桿，其間排距是0.8m×0.9m，矩形鋼筋網(wǎng)為4號(hào)，網(wǎng)格是0.1m×0.1m，噴漿的時(shí)候使用C20強(qiáng)度的混凝土，保持噴層厚度為0.15米。使用直徑為0.01524m×7.3m的錨索，保證排距2.7m，在局部地段根據(jù)不同地段，然后通過(guò)增加錨索的方式來(lái)使支護(hù)變強(qiáng)。

2.支護(hù)優(yōu)化措施

第一，支護(hù)形式。通過(guò)分析-560米開(kāi)拓大巷頂板和兩幫變形以及底鼓的特征，明確巷道斷面形狀，為了使巷道底鼓能夠得到較好的控制，使用反底拱聯(lián)合底角錨桿耦合支護(hù)的方式進(jìn)行整治。在軌面向下的位置，按照一定的弧形挖掘0.6米，然后鋪反底拱，與此同時(shí)，兩幫和頂分別增加0.1米當(dāng)做毛斷面施工尺寸。

第二，支護(hù)參數(shù)。1）錨桿。巷道的頂板和兩幫要使用高性能的錨桿，其直徑為0.02m×2.5m，采用的是IV級(jí)專(zhuān)用螺紋鋼加工制成，錨桿間排距0.6m×0.7m。在兩側(cè)底角的地方分別打一根底角錨桿，其直徑為0.022米，長(zhǎng)度為2.8米，同時(shí)保持和基本錨桿的間距小于1米。通過(guò)加長(zhǎng)錨固方式，每根錨桿使用三卷樹(shù)脂藥卷，其中一卷的型號(hào)為K2350，另外兩卷的型號(hào)為Z2360。2）錨索。其直徑為0.0178m×9m，排距為2.1米，有一根錨索打在頂板兩側(cè)，即二三根錨桿之間，每個(gè)孔使用四卷樹(shù)脂藥卷，一卷型號(hào)為K2350，另外三卷型號(hào)為Z2360。3）托盤(pán)。錨桿使用0.3m×0.3m的新托盤(pán)，錨索采用的托盤(pán)尺寸為0.4m×0.4m。4）網(wǎng)。該鐵絲網(wǎng)直徑為0.0065米，由鋼筋焊制而成，網(wǎng)格為0.1m×0.1m，網(wǎng)邊通過(guò)鉤扣聯(lián)結(jié)，錨桿和錨索支護(hù)具體由圖1來(lái)說(shuō)明。

四、效果分析

優(yōu)化過(guò)支護(hù)參數(shù)后，要對(duì)后續(xù)工作進(jìn)行跟蹤，即在新的支護(hù)參數(shù)下，監(jiān)測(cè)巷道頂?shù)准皟蓭妥冃我约皟蓭蜕畈课灰魄闆r，然后對(duì)優(yōu)化后的支護(hù)效果進(jìn)行判斷分析。通過(guò)工作面持續(xù)向前掘進(jìn)，在運(yùn)輸大巷向掘進(jìn)面方向安排四個(gè)表面位移收斂監(jiān)測(cè)站，在軌道大巷向掘進(jìn)面方向安排兩個(gè)深部位移觀測(cè)站。每個(gè)測(cè)站每天觀測(cè)一次，連續(xù)觀測(cè)，直到巷道變形穩(wěn)定，檢測(cè)到兩幫深部變形以及表面位移收斂的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。在此，選取一個(gè)表面位移測(cè)點(diǎn)和深部位移測(cè)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行分析。具體情況如圖2所示。

通過(guò)圖2可得，通過(guò)優(yōu)化支護(hù)參數(shù)支護(hù)，-560米開(kāi)拓大巷掘進(jìn)時(shí)，頂?shù)装搴蛢蓭妥畲笠平糠謩e是0.162米和0.144米，表面收斂率不大。通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，頂?shù)装搴蛢蓭推骄兓糠謩e為0.145米和0.131米。通過(guò)深部位移測(cè)量數(shù)據(jù)看出，巷道圍巖松動(dòng)圈是兩米時(shí)，說(shuō)明錨桿長(zhǎng)度選擇合適。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，支護(hù)經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，效果改善比較明顯，對(duì)巷道破壞和變形也都降低，而且為以后掘進(jìn)支護(hù)工作提供了參考依據(jù)。

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