深井巷道掘進(jìn)對(duì)相鄰巷道擾動(dòng)規(guī)律的分析

蔣孝海

（廣東宏大爆破股份有限公司， 廣東 廣州 510000）

近年來(lái)，我國(guó)采礦業(yè)從分散型逐漸向集約型轉(zhuǎn)變，煤礦開(kāi)拓設(shè)計(jì)觀念也在轉(zhuǎn)變，致使大量煤礦出現(xiàn)多類(lèi)多條巷道集中布置，呈現(xiàn)出巷道群的布局。該類(lèi)礦井初期多采用立井單水平多翼開(kāi)采，開(kāi)拓巷道撥門(mén)后直接進(jìn)入煤層布置采煤工作面，在工作面回采后期，致使多條大巷及其硐室群受到采動(dòng)影響，隨著開(kāi)采深度的增加，巷道圍巖力學(xué)性質(zhì)惡化，巷道變形越來(lái)越劇烈［1－3］。

1 工程概況

朱集東礦井井田面積大，煤層埋藏深，表土層厚，瓦斯大、地溫高、地壓大，根據(jù)井田特點(diǎn)，采用立井、多水平、分組集中大巷、分區(qū)通風(fēng)、集中出煤的開(kāi)拓方式。

全井田劃分為兩個(gè)生產(chǎn)水平，其中一水平設(shè)于－906m，開(kāi)采13－1煤層，在－985m設(shè)一輔助水平，開(kāi)采11－2煤層；二水平標(biāo)高暫定－1070m，開(kāi)采B組煤。沿井田走向劃分為4個(gè)塊段，即東一、東二塊段，西一、西二塊段，將東一塊段劃分為南北盤(pán)區(qū)，礦井投產(chǎn)移交東一（11－2）北盤(pán)區(qū)。

向東的各條巷從北向南分別是：北巖石回風(fēng)大巷、東翼膠帶機(jī)大巷、南巖石回風(fēng)大巷、北軌道大巷、南軌道大巷。北回風(fēng)巷與東機(jī)巷的平面位置相距65～45m，大部分與－891m同一標(biāo)高；東機(jī)巷與南回風(fēng)巷的平面位置間距是60m，垂直高差是15m；南回風(fēng)巷與北軌巷平面位置間距為25m，大部分在－906m標(biāo)高水平；南、北軌巷間距為47m。如圖1所示。

圖1 巷道布置

2 巷道群相互擾動(dòng)影響規(guī)律分析

2.1 施工時(shí)間安排及掘進(jìn)工藝和支護(hù)形式

－885m軌道大巷從2009年7月份開(kāi)始施工，到2009年11月底結(jié)束，前期采用架29U型棚施工，棚距700mm；后期采用架36U型棚施工，棚距700mm；東翼南巖石回風(fēng)大巷過(guò)－906～－885m軌道斜巷后，與－885m軌道大巷平行施工，從2009年9月到2009年12月施工到首采面軌道順槽下方，該巷道采用綜掘，支護(hù)形式采用架29U棚，棚距700mm，滯后每3棚補(bǔ)打1根頂部和2根肩部錨索。

東翼膠帶機(jī)大巷在－906～－885m軌道斜巷的東翼，施工時(shí)間從2009年9月到2009年11月底，使用炮掘施工，其后面向東施工采用綜掘，支護(hù)形式都采用架29U棚，棚距700mm，滯后每3棚補(bǔ)打3根頂部和肩部錨索。

2.2 巷道圍巖變形規(guī)律

從東翼幾條巷道的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地觀察看，巷道的壓力顯現(xiàn)主要表現(xiàn)為：頂板下沉、底板鼓起，側(cè)向壓力顯現(xiàn)不明顯。一般在迎頭向后50～100m礦壓顯現(xiàn)就十分強(qiáng)烈。架U型棚巷道直接表現(xiàn)為頂梁壓平；錨網(wǎng)支護(hù)巷道表現(xiàn)為拱頂下沉變平。頂板下沉量一般在0.1～0.3m，局部達(dá)0.5m。底板鼓起一般在0.3～0.5m，局部達(dá)0.7m。

－885m軌道大巷巖性主要為花斑泥巖，巖性較差，埋深大，地應(yīng)力高，受相鄰巷道（東翼膠帶機(jī)巷和東翼南巖石回風(fēng)大巷 ）開(kāi)挖擾動(dòng)影響，處于應(yīng)力集中區(qū)，巷道變形明顯加劇。東翼南巖石回風(fēng)大巷施工，因滯后－885m軌道大巷1～2月掘進(jìn)。使－885m軌道大巷開(kāi)挖后形成的一次平衡應(yīng)力再次被破壞。后期改架36U型棚施工，錨索及時(shí)跟進(jìn)后，基本滿(mǎn)足巷道施工要求。

東翼膠帶機(jī)大巷滯后－885m軌道大巷2個(gè)月進(jìn)行炮掘作業(yè)，施工了3個(gè)月后改為綜掘。炮掘進(jìn)度慢，炮掘開(kāi)挖對(duì)－885m軌道大巷的擾動(dòng)影響非常劇烈，綜掘擾動(dòng)影響相對(duì)較小。－885m軌道大巷在自身圍巖還沒(méi)有穩(wěn)定，南側(cè)的東翼南巖石回風(fēng)大巷的開(kāi)挖，而后的北側(cè)東翼膠帶機(jī)的開(kāi)挖使其圍巖處于南北兩條巷道的應(yīng)力的疊加區(qū)。來(lái)壓明顯，變形極其嚴(yán)重。礦壓顯現(xiàn)為29U型棚拱頂部分多處被壓成麻花狀大變形。軌道發(fā)生傾斜，巷道拱頂下沉，部分29U型棚歪斜，部分拱頂處笆片破壞，巷道底鼓嚴(yán)重，底板處出現(xiàn)裂縫，頂板下沉一般達(dá)100～300mm，最大下沉量500mm，底鼓一般達(dá)300～500mm，最大值達(dá)800mm，兩幫收斂一般在80～200mm。左右補(bǔ)打了頂部和肩部的錨索后，巷道的變形量和變形速度明顯變小，這說(shuō)明采用錨索補(bǔ)強(qiáng)后比單獨(dú)使用29U型棚支護(hù)更能限制巷道變形。

2.3 巷道圍巖受力破壞分析

隨著相鄰巖石回風(fēng)（南）巷和東翼膠帶機(jī)巷的掘進(jìn)，因受開(kāi)挖擾動(dòng)的影響，監(jiān)測(cè)斷面的日變形量、變形速度顯著增加，后掘巷道的跟進(jìn)使先掘巷道圍巖中形成了一定程度的剪切應(yīng)力集中，從而使巷道在剪切應(yīng)力作用下，其圍巖發(fā)生剪切應(yīng)力破壞，當(dāng)圍巖達(dá)到強(qiáng)度極限后，巷道表面就會(huì)產(chǎn)生變形破壞。在先掘巷道兩側(cè)均開(kāi)挖巷道后，先掘巷道巷道圍巖應(yīng)力的集中系數(shù)有所升高，且應(yīng)力集中范圍也相應(yīng)的有所擴(kuò)大，這主要是兩側(cè)巷道先后開(kāi)挖后，采動(dòng)引起的底板應(yīng)力集中疊加作用的結(jié)果。在相鄰巷道掘過(guò)測(cè)站一周時(shí)間內(nèi)，巷道的變形有增大的趨勢(shì)，同時(shí)兩側(cè)同時(shí)掘進(jìn)巷道垂直應(yīng)力對(duì)先掘巷道影響都較大，是引起巷道圍巖變形的重要因素，先掘巷道受剪切應(yīng)力的影響也較大；不管是垂直應(yīng)力變化還是剪切應(yīng)力變化，都對(duì)先掘巷道的圍巖變形起到了促進(jìn)作用［4－7］。另外，測(cè)站處的錨索測(cè)力計(jì)顯示巷道肩部的錨索拉力均增大。這也說(shuō)明巖石回風(fēng)巷（南）東翼膠帶機(jī)巷的掘進(jìn)對(duì)巷道產(chǎn)生了很大的擾動(dòng)影響。

根據(jù)安裝的錨索測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果，擾動(dòng)影響劇烈期間，巷道圍巖剪切應(yīng)力分布不平衡，從而會(huì)導(dǎo)致巷道發(fā)生剪切破壞變形，頂部錨索受力最大，兩肩部錨索受力較小。這說(shuō)明巷道頂部承受較大的壓力。錨索受力最大，頂部達(dá)228.13kN（約3.8t）。巷道掘出后，圍巖應(yīng)力集中，應(yīng)力升高超過(guò)巷道圍巖的強(qiáng)度極限時(shí)，巷道便產(chǎn)生變形破壞，巷道圍巖處于破裂松動(dòng)狀態(tài)（殘余強(qiáng)度狀態(tài)）時(shí)，由于這部分圍巖已失去自承能力，圍巖穩(wěn)定性差，巷道變形量大，導(dǎo)致支護(hù)變得困難。隨著時(shí)間的推移，變形速度逐漸減小下來(lái)，而趨于穩(wěn)定，應(yīng)力調(diào)整期一般為3個(gè)月左右。底臌量占巷道變形量的比例較大。

3 結(jié)論和建議

（1）設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)深部巷道群各大巷的間距、垂距，應(yīng)根據(jù)垂深（大于800m）作必要的調(diào)整。

（2）深部巷道支護(hù)采用單一的架U型棚已不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的支護(hù)要求，必須采用復(fù)合支護(hù)的形式，即架U型棚＋錨索＋噴注漿或外錨網(wǎng)（索）內(nèi)U型棚，且錨索支護(hù)滯后迎頭不得大于50m。

（3）根據(jù)礦壓顯現(xiàn)和擾動(dòng)影響的規(guī)律，對(duì)于巷道群相鄰巷道施工時(shí)間滯后或超前4個(gè)月以上，巷道兩側(cè)避免同時(shí)掘巷。

（4）為了控制底臌量，除了應(yīng)將底板積水及時(shí)排出外，還應(yīng)增加防治底鼓的技術(shù)措施，如在兩幫墻角底板上0.2～0.3m處施工幫腳錨桿（俯角30°～45°），以便防止底鼓和兩幫的擠出。

［1］ 郭洪文.深部巷道大松動(dòng)圍巖位移分析及運(yùn)用［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2001.

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