蠕變圍巖巷道支護控制技術(shù)研究

摘 要：為解決地應(yīng)力異常區(qū)巷道變形、底鼓嚴(yán)重的問題，對某礦南6采區(qū)的圍巖地質(zhì)力學(xué)參數(shù)進行測試且對原支護方案失效原因進行分析，在分析的基礎(chǔ)上，提出全長預(yù)應(yīng)力錨固強力錨桿錨索組合支護系統(tǒng)，通過掘進期間礦壓觀測結(jié)果表明：新的支護體系有效控制了圍巖變形與破壞。

關(guān)鍵詞：地應(yīng)力異常區(qū)；圍巖變形；蠕變性；預(yù)應(yīng)力；錨桿支護

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.073

煤礦巷道圍巖條件復(fù)雜，且隨著開采深度加大，采用何種支護方式才能確保巷道的正常使用以及后期工作面的安全回采，是煤礦面臨的一大難題。近年來，隨著某礦開采水平的延伸，開采強度的提高，原有的巷道支護出現(xiàn)了諸如變形嚴(yán)重、底臌、“墜包”等很多問題。目前該礦南6采區(qū)共有5條采區(qū)上山巷道，其中南6采區(qū)軌道上山是首條掘進的全煤上山巷道，當(dāng)巷道掘進至700m時，發(fā)現(xiàn)由于南6采區(qū)地應(yīng)力異常，導(dǎo)致南6采區(qū)軌道上山掘進過程中出現(xiàn)了多處片幫現(xiàn)象，巷道兩幫變形達到500mm，巷道底臌嚴(yán)重，變形量超過400mm，且巷道幫側(cè)出現(xiàn)多處“墜包”現(xiàn)象。根據(jù)掘進期間巷道礦壓觀測情況分析，掘進期間巷道變形一直處于蠕變狀態(tài)，由于巷道變形嚴(yán)重，礦井在已掘上山巷道內(nèi)重新架棚。因此，為有效解決南6采區(qū)地應(yīng)力異常區(qū)域上山群蠕變圍巖控制難題，對南6采區(qū)上山群的支護體系進行研究，開發(fā)出適合該復(fù)雜圍巖條件下的上山群掘進支護方案具有重要現(xiàn)實意義。

1 原支護方案破壞原因分析

由于南6采區(qū)地應(yīng)力異常，且圍巖處于蠕變狀態(tài)，導(dǎo)致南6采區(qū)軌道上山掘進過程中就出現(xiàn)了多處兩幫位移量大，多處變形量在500mm以上，因此對南6采區(qū)軌道上山變形量較大位置進行了鉆孔窺視，分別在380m、400m、415m、460m四處位置窺視了解頂板破壞情況，以415m處窺視結(jié)果為例進行說明。由窺視結(jié)果可知：孔口至1.8m深，破碎離層嚴(yán)重，圍巖較為堅硬，強度較高，圍巖破壞前應(yīng)較為完整；1.8-5.2m，圍巖離層較為嚴(yán)重也較為破碎； 5.2-10.0 m，圍巖較為堅硬完整，但在7.2m，9.0m，9.7m三處均有離層。

南6采區(qū)軌道上山頂板在380—415m之間巖性變化較大，構(gòu)造復(fù)雜，2.4m范圍內(nèi)頂板巖石破碎，并有多處離層，影響頂板的整體性和強度，且巷道初期支護存在錨桿預(yù)應(yīng)力小、桿體強度低、延伸率低等，以及護表構(gòu)件強度低、與錨桿強度匹配性比較差等缺點，支護強度不夠，致使錨桿支護范圍內(nèi)的巖石變形沒有得到有效控制，由于380m之前位置未做窺視，加之為采區(qū)巷道，所以，巷道加固范圍為250-500m。

2 支護方案設(shè)計

南6采區(qū)共有5條采區(qū)上山巷道，南6采區(qū)軌道上山為矩形斷面，斷面為18.15 m2，針對軌道上山處于地應(yīng)力異常區(qū)域，提出強力一次支護理論。通過采用全長預(yù)應(yīng)力錨固強力錨桿錨索組合支護系統(tǒng)，采用W鋼帶、鋼筋梯梁與W鋼護板組合構(gòu)件護頂護幫。大幅度提高錨桿支護的剛度與強度，實現(xiàn)一次支護就能有效控制圍巖變形與破壞，避免二次支護和巷道維修。

（1）錨桿形式和規(guī)格：頂板與幫部錨桿形式和規(guī)格桿體為22#左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼號為MGS500號，長度2.4m，桿尾螺紋為M24。

（2）錨固方式：頂板錨桿樹脂全長錨固，采用四支低粘度樹脂錨固劑，一支規(guī)格為MSK2660，另三支規(guī)格為MSM2660，鉆頭直徑為32mm，鉆孔直徑32mm；兩幫錨桿的錨固方式：樹脂加長錨固，采用兩支樹脂錨固劑，一支規(guī)格為MSK2335，另一支規(guī)格為MSM2360，鉆頭直徑為30mm。

（3）錨桿布置：頂部錨桿排距900mm，間距900mm，頂每排布置6根錨桿。錨桿預(yù)緊扭矩：≥400Nm，禁止超過550Nm；兩幫每排4根錨桿，錨桿排距900mm，間距900mm。

（4）錨桿配件：頂部與幫部錨桿配件均采用高強錨桿螺母M24，配合高強托板調(diào)心球墊和尼龍墊圈，托板采用拱型高強度托板，高度不低于50mm，托板尺寸不小于250×250×12mm，承載能力不低于297kN。

（5）錨索形式和規(guī)格：錨索材料為22mm，119股高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度6300mm，鉆頭直徑30mm，鉆孔直徑30mm。采用一支MSK2335和兩支MSZ2360樹脂錨固劑錨固，錨固長度1970mm。

（6）錨索托板：采用300×300×14mm高強度可調(diào)心托板及配套鎖具，高度不低于60mm，承載能力不低于550kN。

（7）錨索布置：每兩排錨桿打設(shè)2 根錨索，錨索1800mm，排距為1800mm。

3 礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

為驗證設(shè)計支護效果，在軌道上山600m處和1200m建立表面位移觀測站，通過觀測數(shù)據(jù)可知：在38.3m后，巷道基本不受掘進影響，巷道變形趨于穩(wěn)定。此外，巷道兩幫最大移近量為152mm，頂板最大下沉量為18mm，表明軌道上山巷道位移量小、變形不大，設(shè)計合理。

4 結(jié)論

（1）南6采區(qū)地應(yīng)力異常且圍巖存在蠕變現(xiàn)象，且受掘進影響煤幫處煤體產(chǎn)生塑性變形，煤幫處的煤體強度小于煤體深部強度，掘進巷道支護困難。

（2）巷道初期支護存在錨桿預(yù)應(yīng)力小、桿體強度低、延伸率低等，以及護表構(gòu)件強度低、與錨桿強度匹配性比較差等缺點，支護強度不夠，致使錨桿支護范圍內(nèi)的圍巖變形沒有得到有效控制。

（3）采用全長預(yù)應(yīng)力錨固強力錨桿錨索組合支護系統(tǒng)，采用W鋼帶、鋼筋梯梁與W鋼護板組合構(gòu)件護頂護幫，大幅度提高錨桿支護的剛度與強度，通過掘進期間礦壓觀測，新的支護體系可以實現(xiàn)有效控制圍巖變形與破壞，避免二次支護和巷道維修。

作者簡介：張厚亮（1975-），男，山東新泰人，助理工程師，從事生產(chǎn)經(jīng)營管理工作。endprint