軟巖巷道圍巖破裂區(qū)探測與支護(hù)技術(shù)研究

陳詩佳

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)股份有限公司西銘礦，山西太原，030000）

1 工程概況

1.1 圍巖狀況

西銘礦是山西焦煤集團(tuán)一個特大型現(xiàn)代化煤礦，原煤年產(chǎn)360 萬t。西銘礦南四上車場巷道圍巖頂?shù)装鍘r層狀況如表1所示。

表1 南四上車場頂?shù)装鍘r層狀況

2 巷道破裂區(qū)域探測

巷道圍巖探測使用GD3Q-GB 無線孔內(nèi)電視成像儀，該設(shè)備采用高清彩色攝像頭進(jìn)行實時監(jiān)測，探頭直徑為32 mm，鉆孔孔徑為42 mm，孔深5 m，沿巷道共布置3個鉆孔測試斷面，斷面間距10 m，每個斷面內(nèi)共布設(shè)5 個鉆孔。分別位于巷道拱部、肩部和兩幫[1,2]。監(jiān)測斷面選取南四上車場巷道兩個斷面，如圖1所示。

圖1 監(jiān)測點位置示意圖

圖2 監(jiān)測鉆孔布置示意圖

圖3為A斷面1#鉆孔的部分視頻圖。由圖中影像信息可知，鉆孔內(nèi)巖體的破壞程度主要可以分為嚴(yán)重破壞，位于鉆孔最外端，此處收到的工程擾動程度最大，巖體在開挖卸荷與擾動作用下呈現(xiàn)嚴(yán)重破碎狀態(tài)；沿鉆孔深度方向，巖體破壞程度逐漸減弱，分別呈現(xiàn)為破壞、裂縫和較完整圍巖。

圖3 斷面A左幫水平孔內(nèi)視頻截圖

通過對各鉆孔內(nèi)破裂程度的識別進(jìn)而圈定破裂深度，連接同一斷面內(nèi)5 個鉆孔的破裂深度以此判斷巷道損傷程度并指導(dǎo)精準(zhǔn)支護(hù)方案的制定。

斷面A、B和C的圍巖破裂狀態(tài)如圖4所示。

圖4 圍巖破裂狀態(tài)

由圖4可以看出斷面A和B的圍巖破裂程度呈現(xiàn)出右?guī)痛笥谧髱偷姆植紶顟B(tài)。巷道破碎圍巖主要集中在1.5 m～3.7 m深的范圍內(nèi)，其中斷面A圍巖破裂范圍為1.2 m～3.7 m，斷面B 圍巖破裂范圍為1.5 m～3.5 m，斷面C圍巖破裂范圍為1.1 m～3.6 m。巷道不同部位的破碎深度不同，兩幫位置巖體破碎程度最低，深度均小于2 m；而肩部圍巖破碎范圍較大，斷面A 右肩達(dá)到3.7 m，斷面B右肩達(dá)到3.5 m。斷面C右肩達(dá)到3.6 m，由破裂范圍可知，巷道右側(cè)肩部位置的巖體破碎程度較大，該處巖體易發(fā)生冒落事故。兩個斷面的拱部破碎深度均超過3 m，拱部圍巖同樣存在較大的冒落風(fēng)險，需加強(qiáng)支護(hù)。

3 巷道支護(hù)方案優(yōu)化

巷道斷面為拱形，寬4.4 m，墻高1.4 m，拱半徑2.1 m的拱形斷面，巷道噴漿厚度100 mm，砼C20。拱部采用螺紋鋼錨桿加金屬網(wǎng)支護(hù)間距1.0 m，排距1.0 m，采用φ20×1 800 mm 螺紋鋼錨桿配樹脂藥卷，矩形布置，頂錨桿要加戴井字托片；兩幫采用φ20×1 800 mm螺紋鋼錨桿配樹脂藥卷，幫錨桿間距1.2 m，排距1.2 m。在巷道中間拱部打一排錨索加強(qiáng)支護(hù)錨索排距2.4 m，錨索長度5.4 m。

圖5 現(xiàn)有巷道支護(hù)參數(shù)

現(xiàn)有支護(hù)方案如圖5 所示，拱部利用長錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，其他位置均采用1.8 m長的螺紋鋼錨桿+金屬網(wǎng)進(jìn)行圍巖加固，但根據(jù)鉆孔電視圍巖內(nèi)部破碎狀態(tài)探測結(jié)果分析可知，巷道肩部位置破碎圍巖深度均超過拱部圍巖，冒落風(fēng)險較大，錨桿長度未能達(dá)到穩(wěn)定巖體，達(dá)不到支護(hù)效果，因此，根據(jù)肩部破碎深度超過3 m 的實際情況，巷道肩部5#和8#錨桿替換成長度5.4 m的錨索，錨索排距2.4 m，鉆孔角度與5#和8#錨桿鉆孔相同，均為50°，錨固至穩(wěn)定巖體內(nèi)。利用FLAC3D 程序?qū)?yōu)化后的支護(hù)方案進(jìn)行數(shù)值模擬驗證[3,4]，以斷面A 為例建立巷道三維模型，根據(jù)巷道頂?shù)装逅胶拓Q直方向的位移量分析可得，巷道最大水平位移量為32 mm，發(fā)生在巷道左幫位置，兩肩水平方向變形量小于5 mm。巷道最大豎直變形發(fā)生在巷道拱部位置，兩肩的豎直變形量均未超過30 mm。巷道處于可控、穩(wěn)定狀態(tài)。

圖6 巷道頂?shù)装逅?、豎直方向位移圖

4 結(jié)論

通過現(xiàn)場監(jiān)測試驗探明軟巖巷道圍巖內(nèi)部破碎程度的分布特征，其圍巖拱部和左右肩部巖體破碎深度最大，以此提出了精準(zhǔn)定位支護(hù)方式，對巷道拱部和肩部位置加大支護(hù)強(qiáng)度，分別安裝長度為5.4 m的錨索。數(shù)值模擬結(jié)果顯示巷道圍巖變形均控制在30 mm 左右，巷道穩(wěn)定性提高。以圍巖內(nèi)部破碎狀態(tài)為依據(jù)的精準(zhǔn)定位支護(hù)技術(shù)有效提供了支護(hù)效果，保證了煤炭資源的安全、高效開采。