深部軟巖巷道支護(hù)技術(shù)分析

蔣金虎

開灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司唐山礦業(yè)分公司 河北 唐山 063500

煤炭是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)所依賴的基礎(chǔ)性能源,隨著近年來我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快,對(duì)煤炭資源的開采力度也在不斷加大,淺層煤炭資源儲(chǔ)量已經(jīng)很少,許多礦井不得不增加開采的深度,采掘大埋深的煤炭資源。大采深礦井最大的特點(diǎn)就是礦壓大,地質(zhì)條件復(fù)雜,支護(hù)難度大,特別是對(duì)于深部軟巖巷道的支護(hù),一直是近年來煤礦技術(shù)工作者研究的重點(diǎn)。軟圍巖強(qiáng)度和穩(wěn)定性較差,在開采擾動(dòng)和較大的礦壓作用下易發(fā)生變形和破碎,巷道維護(hù)工作量很大,對(duì)深井煤礦開采帶來了很大影響。生產(chǎn)實(shí)踐證明,對(duì)于大采深軟巖巷道,某種單一的支護(hù)方式是難以起到有效支護(hù)作用的。對(duì)此應(yīng)采取“錨、網(wǎng)、索、噴”聯(lián)合支護(hù)的方式,以維持大埋深巷道掘進(jìn)軟圍巖的穩(wěn)定。

1 軟巖巷道的特征與分類

軟巖是地質(zhì)巖體的中的一部分,是特定環(huán)境下的具有顯著塑性變形的復(fù)雜巖石力學(xué)介質(zhì),通常抗壓強(qiáng)度σc＜20MPa的巖層可定義為軟巖。按照軟巖的自然特性和工程力學(xué)作用下的變形機(jī)理,軟巖可分為以下幾類：即節(jié)理化軟巖、高應(yīng)力軟巖、膨脹性軟巖和復(fù)合型軟巖。相比于硬巖,軟巖具有更強(qiáng)的可塑性、膨脹性、崩解性、流變性和易擾動(dòng)性特征,軟巖不僅質(zhì)地松軟、強(qiáng)度低,而且易于受到風(fēng)、水、開采擾動(dòng)等因素的影響而發(fā)生軟化、膨脹、裂隙和變形,物理特性不穩(wěn)定。軟巖的以上特性給軟巖巷道的掘進(jìn)和支護(hù)帶來了很大的困難,特別是在大采深、高地應(yīng)力的作用下,巷道圍巖易產(chǎn)生失穩(wěn)變形,掘進(jìn)期間易出現(xiàn)冒頂和片幫。

2 軟巖巷道的支護(hù)對(duì)策

①優(yōu)化巷道位置,通過地質(zhì)勘探掌握區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和巖體力學(xué)性質(zhì),盡量避開構(gòu)造帶、軟巖區(qū)間和高應(yīng)力區(qū);

②合理選擇支護(hù)斷面,目前普遍常用馬蹄形斷面,適用于圍巖松軟、有膨脹性和具有一定側(cè)壓和底壓的巷道;

③提高圍巖強(qiáng)度,錨桿和注漿是軟巖加固的常用方式,可降低軟巖的流塑性,提高圍巖自承力;

④提高圍巖表面強(qiáng)度,一般采用噴砼和掛設(shè)金屬網(wǎng)的辦法,阻隔風(fēng)水對(duì)圍巖的侵蝕,從而提高圍巖表面的強(qiáng)度和完整性,促進(jìn)巷道長(zhǎng)期穩(wěn)定;

⑤采用剛?cè)嵯酀?jì)的整體支護(hù),對(duì)于軟巖巷道不能一味地增加支護(hù)強(qiáng)度,應(yīng)使支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖變形相協(xié)調(diào),以提高圍巖自承力為原則。

3 深部軟巖巷道聯(lián)合支護(hù)方式的設(shè)計(jì)與施工

3.1 聯(lián)合支護(hù)的設(shè)計(jì) 聯(lián)合支護(hù)應(yīng)采取錨桿、錨索、金屬掛網(wǎng)、噴砼以及型鋼相結(jié)合的方式,充分發(fā)揮各種支護(hù)措施的優(yōu)勢(shì),形成兼具強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性的支護(hù)體系。

①錨桿設(shè)計(jì)：錨桿做為主要的支護(hù)受力件,應(yīng)具有較高的強(qiáng)度,一般多采用鋼筋樹脂錨桿,根據(jù)圍巖破碎區(qū)和塑性區(qū)范圍合理設(shè)計(jì)錨桿長(zhǎng)度,確保錨固深度;保持初錨力不小于40kN,錨固力不小于65kN,按照1000mm 間距,交錯(cuò)排列。為防治軟巖巷道片幫和底鼓,應(yīng)用錨桿對(duì)兩幫底角進(jìn)同樣行加固,保持錨桿與巷道底面水平線呈45°夾角,按照700mm 間距布設(shè);

②錨索設(shè)計(jì)：錨索為多根鋼絲擰成的鋼絞線,具有一定的強(qiáng)度和張緊性,采用樹脂錨固劑錨固于巷道頂板和兩幫。每?jī)筛^索按1.5m 間距,沿巷道中心線兩側(cè)呈平行狀對(duì)稱布設(shè),并垂直于巷道豎直輪廓線,每條錨索設(shè)計(jì)錨固力200k N,預(yù)緊力130k N,確保錨固力大于錨索的破壞負(fù)荷;

③噴砼：噴砼的主要目的是為了封閉圍巖,防止圍巖潮解軟化和風(fēng)化。噴砼漿料按照水泥、河沙、石子按2：2：1比例拌料,對(duì)巷道裸露圍巖進(jìn)行多次封閉噴補(bǔ);

④金屬網(wǎng)：金屬網(wǎng)為直徑50×150mm 的金屬網(wǎng)兜,使用錨桿托盤壓緊固定與巷道內(nèi)表面,可防止小塊松散圍巖的冒落,提高支護(hù)系統(tǒng)的整體性;

⑤U 型鋼支護(hù);巷道斷面采用礦用U36型鋼,按照巷道斷面尺寸和支護(hù)強(qiáng)度,設(shè)計(jì)U 型鋼尺寸和排距;

⑥注漿保護(hù);圍巖注漿可有效提高軟圍巖的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,改善其泥化的特點(diǎn)。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐,注漿保護(hù)應(yīng)在掘進(jìn)后一兩個(gè)月內(nèi)完成,注漿加固的時(shí)間和深度應(yīng)根據(jù)圍巖及裂隙發(fā)育情況來決定;其他注漿參數(shù)如注漿孔布置、注漿壓力等可根據(jù)施工實(shí)際進(jìn)行調(diào)整。

3.2 聯(lián)合支護(hù)的施工 聯(lián)合支護(hù)的布設(shè)需要多次施工,巷道掘進(jìn)開挖成型后進(jìn)行一次支護(hù)施工,首先審幫問頂檢查圍巖,為減少圍巖風(fēng)化應(yīng)立即用水泥砂漿噴覆封閉,圍巖穩(wěn)定后開始安設(shè)錨桿,掛設(shè)錨網(wǎng)和錨索,并對(duì)噴砼脫落處進(jìn)行復(fù)噴,即完成一次支護(hù)。一次支護(hù)完成后應(yīng)密切觀察一次支護(hù)的破損情況和圍巖變形情況,對(duì)于出現(xiàn)掉皮漏巖、錨桿折斷、鋼筋爆扣彎曲等問題的,要及時(shí)進(jìn)行局部修補(bǔ),補(bǔ)設(shè)錨桿和補(bǔ)噴砼,根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)確定二次支護(hù)時(shí)間。二次支護(hù)首先清理一次支護(hù)掉落的噴層,并清污復(fù)噴,待噴砼凝固后實(shí)施底拱梁與U 型鋼支護(hù)施工,期間可同時(shí)進(jìn)行圍巖注漿加固作業(yè),架棚后再行噴砼覆蓋,即完成全部支護(hù)施工,最終形成一個(gè)完整的鋼金屬支架支護(hù)體系。

4 結(jié)語

大淑村礦部分巷道圍巖屬軟巖層,通過采用錨桿＋錨索＋U 鋼,同時(shí)采用噴砼和注漿保護(hù)的辦法使軟巖巷道得到有效支護(hù)和加固。通過監(jiān)測(cè),巷道變形量在允許范圍以內(nèi)。