某礦東一皮帶軟巖巷道變形規(guī)律

臧文濤

(1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院；2.大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備力泰有限責(zé)任公司)

1 工程概況

某礦三水平東一皮帶通路探巷圍巖巖性以粉砂巖為主，局部賦存粗礫狀白色砂巖，巷道埋深較大，圍巖應(yīng)力大，煤巖層裂隙、滑面發(fā)育，單軸抗壓強(qiáng)度較低，為不穩(wěn)定軟巖，巷道類別接近一般不穩(wěn)定IV類與不穩(wěn)定V類之間。圍巖成分中含有遇水易軟化成泥的粗礫狀白色砂巖，黏土礦物含量高，使得圍巖強(qiáng)度低，承載能力差，見風(fēng)遇水后極易變軟膨脹，流變特性顯著，導(dǎo)致巷道開挖后變形破壞嚴(yán)重，支護(hù)極為困難。以上因素導(dǎo)致該巷道圍巖抗壓強(qiáng)度降低，整體穩(wěn)定性變差，在現(xiàn)有單一U型鋼支護(hù)體系下，巷道變形和破壞現(xiàn)象較為嚴(yán)重。該礦U型鋼破壞形式主要為整體收縮和局部彎曲斷裂[1-3]。

2 圍巖變形破壞規(guī)律

2.1 表面位移變形規(guī)律

本研究在三水平東一皮帶通路探巷距離掘進(jìn)迎頭不同距離位置設(shè)置了3個(gè)測(cè)區(qū)(圖1)[4]。由各測(cè)區(qū)巷道頂?shù)装逡平?、兩幫移近量以及棚腿移近量生成曲線觀測(cè)結(jié)果可知：測(cè)區(qū)一巷道頂?shù)装寮皟蓭偷淖冃瘟孔畲?，分別為627 mm、418 mm，巷道開挖后變形速率增加較快，最后呈緩慢變形趨勢(shì)，且巷道變形速率明顯大于測(cè)區(qū)二和測(cè)區(qū)三，說明巷道受掘進(jìn)施工影響顯著，圍巖整體變形破壞嚴(yán)重，此時(shí)巷道支護(hù)應(yīng)側(cè)重提高巷道圍巖的整體承載能力；測(cè)區(qū)二巷道頂?shù)装寮皟蓭偷淖冃瘟枯^測(cè)區(qū)一小，分別為326 mm、265 mm，頂?shù)装寮皟蓭鸵平烤S時(shí)間緩慢增加，由于距離掘進(jìn)迎頭約60 m，巷道受到掘進(jìn)施工的影響較小，因此測(cè)區(qū)二巷道兩幫移近量變化速率較測(cè)區(qū)一小，巷道變形破壞程度較低；測(cè)區(qū)三巷道圍巖移近量最小，約為235 mm、161 mm，在整個(gè)變形破壞過程中，頂?shù)装寮皟蓭鸵平靠傮w呈增加趨勢(shì)，但移近量變化速率較小，該測(cè)區(qū)距離掘進(jìn)迎頭最遠(yuǎn)，不受掘進(jìn)施工的影響，但受到圍巖本身軟巖特性的影響，巷道仍然處于緩慢流變破壞過程中[5]。

圖1 測(cè)區(qū)布置示意

各測(cè)區(qū)圍巖變形量和平均移近速率統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。由表1可知：

表1 各測(cè)區(qū)表面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

(1)距離掘進(jìn)迎頭越近，巷道變形量越大，其中測(cè)區(qū)一巷道頂?shù)装遄畲笠平窟_(dá)627 mm，移近速率不斷增大，最大值達(dá)60 mm/d。

(2)距離掘進(jìn)迎頭較遠(yuǎn)的測(cè)區(qū)三巷道變形量和變形速率均小于測(cè)區(qū)一，說明測(cè)區(qū)三不受掘進(jìn)施工的影響，巷道處于自身流變變形破壞過程中，變形量較小且破壞緩慢。

(3)測(cè)區(qū)三設(shè)置時(shí)間滯后于該位置的巷道掘進(jìn)時(shí)間，記錄的巷道變形破壞量僅為監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)的數(shù)值，巷道從開始掘進(jìn)到布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間范圍內(nèi)的變形量尚未記錄[6]，因此根據(jù)測(cè)區(qū)一距離掘進(jìn)迎頭最近、測(cè)區(qū)二次之、測(cè)區(qū)三距離掘進(jìn)迎頭最遠(yuǎn)的特點(diǎn)推測(cè)可知，測(cè)區(qū)三從巷道剛掘進(jìn)開始至監(jiān)測(cè)結(jié)束，巷道頂?shù)装遄冃瘟看笥? 188 mm(包括測(cè)區(qū)一變形量627 mm、測(cè)區(qū)二變形量326 mm及測(cè)區(qū)三變形量235 mm)。巷道從開挖到距離掘進(jìn)迎頭180 m范圍內(nèi)的變形量達(dá)到了1 188 mm左右，若不及時(shí)采用合理的加強(qiáng)支護(hù)方案，該軟巖巷道1～2個(gè)月后變形破壞嚴(yán)重，將導(dǎo)致返修、套修，嚴(yán)重影響了巷道正常使用[7-8]。

綜合分析測(cè)區(qū)一、二、三巷道圍巖的變形破壞規(guī)律可知，巷道變形持續(xù)時(shí)間長，在監(jiān)測(cè)期(4個(gè)月)內(nèi)，巷道一直處于變形破壞過程中，可將該軟巖圍巖變形階段分為急劇變形階段、耦合變形階段、緩慢流變階段，對(duì)應(yīng)于測(cè)區(qū)一、二、三(圖2)。急劇變形階段巷道圍巖主要受掘進(jìn)施工擾動(dòng)影響，頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟靠焖僭黾?，變形速率較大；耦合變形階段巷道圍巖受掘進(jìn)施工的影響減弱，頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟考白冃嗡俾示兴档?；緩慢流變階段巷道圍巖不受施工擾動(dòng)影響，只因圍巖自身流變產(chǎn)生了少量變形[9-11]。

圖2 圍巖變形曲線

2.2 探巷圍巖深部破裂特征

采用YTJ20型巖層探測(cè)記錄儀進(jìn)行深部圍巖破壞范圍探測(cè)，該探測(cè)方法不受巖體物理特性干擾，可靠性強(qiáng)，能夠直接觀測(cè)鉆孔內(nèi)裂隙的發(fā)育程度和規(guī)模，并探測(cè)出圍巖松動(dòng)圈范圍,探測(cè)結(jié)果見圖3。

圖3 各測(cè)區(qū)頂板離層破裂探測(cè)結(jié)果

3 結(jié) 語

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)圍巖變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)某礦東一皮帶軟巖巷道變形規(guī)律進(jìn)行了分析，認(rèn)為該礦東一皮帶軟巖巷道變形可分為急劇變形階段、耦合變形階段及緩慢流變階段，分析結(jié)果對(duì)于該礦軟巖巷道維護(hù)有一定的參考價(jià)值。