復(fù)雜條件下區(qū)段巷道合理支護(hù)方式技術(shù)研究

杜芳周

（陜煤集團(tuán)銅川礦業(yè)公司柴家溝井，陜西 銅川 727000）

區(qū)段巷道作為工作面回采巷道，是礦山生產(chǎn)的主要井巷之一。其巷道設(shè)計(jì)合理性不僅關(guān)乎煤礦安全生產(chǎn)。因此，在礦山生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)區(qū)段巷道支護(hù)措施合理性定期評(píng)估具有重要意義。為此，我國(guó)大量學(xué)者對(duì)此進(jìn)行研究，潘一山[1]基于屈曲原理，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研制出一種特設(shè)幾何形狀的吸能構(gòu)件，通過(guò)該構(gòu)件可緩解支架在工作面來(lái)壓過(guò)程中所受到的沖擊作用，保護(hù)支架不受破壞；馬念杰[2]提出對(duì)接長(zhǎng)錨桿支護(hù)新技術(shù)，研究結(jié)果表明，當(dāng)頂板下沉200mm時(shí)，對(duì)接長(zhǎng)錨桿破斷率僅為1%，較錨索破斷率相差十倍，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益；余偉健[3]通過(guò)分析半煤巖巷的內(nèi)在力學(xué)原理提出，在進(jìn)行巷道支護(hù)時(shí)，可通過(guò)利用兩肩、兩窩應(yīng)力集中壓縮區(qū)穩(wěn)定巖體的承載力。盡管目前大量學(xué)者對(duì)此進(jìn)

行研究，仍有部分礦井在工作面推進(jìn)過(guò)程中順槽破壞嚴(yán)重，煤壁出現(xiàn)片巷道出現(xiàn)底鼓等現(xiàn)象，結(jié)合此類問(wèn)題，以某礦區(qū)40108工作面順槽為研究背景，進(jìn)行區(qū)段巷道合理支護(hù)方式技術(shù)研究。

1 工程概況

礦區(qū)主采4#煤層，煤層屬堅(jiān)硬頂板厚煤層，采煤工藝為綜采放頂煤采煤法，全部垮落式處理頂板。40108工作面走向長(zhǎng)1920m，工作面寬180m，平均煤厚11.5m，在回采過(guò)程中，割煤高度3.4m，并有2.0m底煤預(yù)留，放煤平均煤厚6.1m。該工作面直接頂為厚的具有水平紋理的層狀泥巖，平均厚度1.0m，老頂為粉砂巖，平均厚度3.18m，底板為厚4.07m的鋁土質(zhì)泥巖。

在回采40108工作面的過(guò)程當(dāng)中，會(huì)嚴(yán)重的破壞到順槽的圍巖，主要表現(xiàn)為以下幾種：順槽有嚴(yán)重的底鼓情況，造成設(shè)備列車傾斜的情況；出現(xiàn)嚴(yán)重的順槽頂?shù)装逡平那闆r，如此一來(lái)就會(huì)出現(xiàn)順槽凈空與實(shí)際回采標(biāo)準(zhǔn)不符，設(shè)備列車前行無(wú)法順利進(jìn)展的情況。對(duì)工作面的安全回采工作造成了嚴(yán)重的影響，在推進(jìn)工作面的基礎(chǔ)上還要用大量的物力以及人力來(lái)再次修復(fù)順槽，進(jìn)而導(dǎo)致回采速度下降，嚴(yán)重的話還會(huì)就此停滯不前。

2 數(shù)值模擬

2.1 模擬工況

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研資料，我們來(lái)分三種情況來(lái)模擬卸壓槽開(kāi)挖、現(xiàn)有支護(hù)方案以及錨桿(索)加固，如表1所示。為了對(duì)底鼓治理方案是否合理進(jìn)行驗(yàn)證，我們對(duì)順槽圍巖的變形特征以及應(yīng)力狀態(tài)在三種治理方案下的不同情況進(jìn)行分析。

表1 支護(hù)方案工況表

2.2 模型建立

計(jì)算模型為二維模型，模型尺寸為寬×高=60×70m，巷道斷面為寬×高=5.2m×3.3m。其模型為摩爾～庫(kù)侖塑性，通過(guò)法向方式來(lái)約束模型的左側(cè)兩側(cè)，對(duì)上部不進(jìn)行約束，而底部的話則采用全部約束的方式來(lái)進(jìn)行，在模型的上部施加覆巖層自重應(yīng)力。一共有11724個(gè)節(jié)點(diǎn)和8358個(gè)模型組成。

2.3 模擬結(jié)果

通過(guò)分析現(xiàn)有支護(hù)方案下Z方向應(yīng)力云圖我們發(fā)現(xiàn)，兩幫豎向最大應(yīng)力為19.3MPa；而由于巷道頂板受到錨索以及錨桿預(yù)應(yīng)力的關(guān)系，豎向應(yīng)力為2.3MPa。而在分析了現(xiàn)有支護(hù)方案下順槽圍巖水平應(yīng)力云圖后我們發(fā)現(xiàn)，在無(wú)支護(hù)結(jié)構(gòu)約束的條件下，巷道底板的應(yīng)力值相對(duì)較低，會(huì)釋放一部分的壓力；巷道頂板由于受到錨索的擠壓加固，其水平應(yīng)力大概為4.1MPa。

表2 現(xiàn)有支護(hù)方案下Z方向位移移近量表(mm)

分析探索后我們發(fā)現(xiàn)，在面對(duì)順槽圍巖變形的情況下，現(xiàn)有的支護(hù)方案可以對(duì)其進(jìn)行一定的控制，但是因?yàn)闆](méi)有達(dá)到足夠的支護(hù)強(qiáng)度，且沒(méi)有充分考慮到底板的控制情況，會(huì)造成嚴(yán)重的底鼓以及較大的圍巖變形情況。

綜合上述分析可得，底鼓治理方案通過(guò)提高支護(hù)強(qiáng)度參數(shù)來(lái)控制頂板以及順槽的變形情況，再者采用開(kāi)槽泄壓的方式來(lái)集中釋放底板壓力，從而也有效控制了底板的變形情況。

3 結(jié)論

（1）就其評(píng)價(jià)結(jié)果而言，現(xiàn)有的順槽支護(hù)方案與安全回采標(biāo)準(zhǔn)不符。在對(duì)工作面順槽破壞原理進(jìn)行分析的過(guò)程當(dāng)中，與圍巖松動(dòng)圈、礦壓顯現(xiàn)規(guī)律以及動(dòng)壓系數(shù)等具體現(xiàn)象相結(jié)合，對(duì)控制圍巖的具體方式、所得參數(shù)以及工程類比法等進(jìn)行綜合計(jì)算，從而來(lái)進(jìn)一步完善回風(fēng)順槽以及運(yùn)輸順槽的支護(hù)方案。

（2）順槽“鎖腳鋼管+注漿+樹(shù)根樁+卸壓槽”底鼓綜合治理技術(shù)理念的提出，使巷道應(yīng)力環(huán)境得到了進(jìn)一步改善的同時(shí)，還使巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到了有效提升，不但要對(duì)兩幫和頂板進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

（3）在布置形式方面我們采用“2+3+2”來(lái)替代了之前的“2+1+2”的形式，從而合理控制了順槽頂板的變形情況；因?yàn)閷?duì)錨索進(jìn)行加密的方式具有一定的減跨效果，從而使順槽頂板的變形情況變得越發(fā)均勻。

（4）采用了注漿加固后的鎖腳錨桿使巖層愈加穩(wěn)固的同時(shí)還是其自穩(wěn)能力提到了有效提高；而其本身所具有的抗剪切作用，能夠?qū)筒孔冃蝹鬟f至底板的情況進(jìn)行有效阻止。

（5）分析所得順槽支護(hù)方案能夠?qū)ζ鋰鷰r的變形情況進(jìn)行合理控制，與現(xiàn)階段的安全回采標(biāo)準(zhǔn)相符。