深部軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究

摘要：隨著煤礦開(kāi)采深度的不斷增加，巷道在高應(yīng)力的復(fù)雜力學(xué)環(huán)境中，圍巖松軟破碎，巷道變形量大，難以控制，給礦井安全生產(chǎn)提出了更高的要求。通過(guò)研究深部高應(yīng)力軟巖巷道的變形特征及最佳支護(hù)時(shí)段，改變傳統(tǒng)單一支護(hù)的局限性，提出了軟巖巷道的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，能夠有效的控制圍巖變形，提高巷道的穩(wěn)定性，保障煤礦安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：深部;高應(yīng)力;軟巖;最佳支護(hù)時(shí)段;聯(lián)合支護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD35

隨著煤炭行業(yè)不斷發(fā)展，淺部煤炭資源日益減少，煤炭開(kāi)采深度不斷增加，礦井逐漸進(jìn)入深部資源開(kāi)采階段。隨著開(kāi)采深度增加，巷道圍巖在“三高一擾動(dòng)”的復(fù)雜力學(xué)環(huán)境下，巷道表現(xiàn)出底臌嚴(yán)重、兩幫移近量大，支護(hù)困難，給深部應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。[1-2]目前，深部軟巖工程已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。研究軟巖巷道支護(hù)技術(shù)，最佳支護(hù)時(shí)段，對(duì)控制巷道變形，保證礦井安全生產(chǎn)，開(kāi)采深部煤炭資源的具有重要意義。[3]

1 軟巖巷道特征

根據(jù)圍巖松動(dòng)圈理論，巷道開(kāi)挖破壞了原應(yīng)力狀態(tài)，造成圍巖應(yīng)力場(chǎng)重新分布，在其周?chē)纬善扑閰^(qū)、塑性區(qū)和原巖應(yīng)力區(qū)，區(qū)域大小與圍巖巖性及巷道斷面大小有關(guān)。深部高應(yīng)力軟巖巷道開(kāi)挖，破壞了圍巖的整體性，應(yīng)力向其周?chē)尫牛瑤r體的承載力下降，如果支護(hù)不及時(shí)，巷道變形破壞嚴(yán)重，頂板下沉量增大。[6]

軟巖巷道開(kāi)挖初期表現(xiàn)出變形速率大的特征。巷道掘進(jìn)引起應(yīng)力重新分布，且速度快。如果支護(hù)不及時(shí)，容易發(fā)生冒頂、片幫等事故。在高應(yīng)力環(huán)境下軟巖的承載力大大降低，軟巖巷道變形表現(xiàn)出時(shí)效性。初期來(lái)壓快，自穩(wěn)時(shí)間短，由于巖體松軟，流變時(shí)間長(zhǎng)，增加了巷道支護(hù)難度和維護(hù)費(fèi)用。[4-5]

2 軟巖巷道支護(hù)技術(shù)

2.1 軟巖巷道支護(hù)原理

軟巖巷道支護(hù)在于提高巷道圍巖的自承能力。為有效控制圍巖變形，提高巷道穩(wěn)定性，要根據(jù)圍巖屬性，分析其來(lái)壓規(guī)律，及時(shí)調(diào)整支護(hù)技術(shù)，使支護(hù)結(jié)構(gòu)及其技術(shù)不斷適應(yīng)圍巖變形活動(dòng)規(guī)律。

為有效控制巷道圍巖變形，提高巷道整體性。應(yīng)改變傳統(tǒng)的單一支護(hù)結(jié)構(gòu)，采用耦合支護(hù)，錨注結(jié)構(gòu)、二次支護(hù)等技術(shù)。同時(shí)綜合考慮，采取卸壓、加固和支護(hù)相結(jié)合的方法，充分卸掉高應(yīng)力區(qū)的壓力，對(duì)大變形區(qū)進(jìn)行讓壓處理，整體加固松軟破碎的區(qū)域。再者，對(duì)巷道圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

2.2 軟巖巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

巷道支護(hù)在于控制圍巖的破脹變形。采用單一支護(hù)方式效果差，無(wú)法保證煤礦的安全生產(chǎn)。因此，根據(jù)巷道地質(zhì)條件、開(kāi)挖斷面、服務(wù)年限、支護(hù)材料強(qiáng)度等因素，選擇合理的支護(hù)方案，有效控制圍巖變形，現(xiàn)針對(duì)軟巖巷道采取的支護(hù)技術(shù)加以說(shuō)明。

（1）錨桿（索）網(wǎng)+鋼帶+梯形棚聯(lián)合支護(hù)。采用先讓后強(qiáng)的思想，有效的結(jié)合了傳統(tǒng)剛性支護(hù)和柔性支護(hù)。巷道開(kāi)挖初期采用錨桿網(wǎng)+鋼帶支護(hù)，提高巷道圍巖的強(qiáng)度，控制圍巖變形。待變形穩(wěn)定后，采用架棚剛性支護(hù)，為圍巖提供支護(hù)阻力，有效控制巷道變形。

（2）錨網(wǎng)噴二次支護(hù)。軟巖巷道圍巖的自身承載能力較差，加重了支護(hù)結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，必須通過(guò)有效的方法提高圍巖強(qiáng)度，改善圍巖的承載能力，提高支護(hù)效果。巷道開(kāi)挖后首先進(jìn)行錨索網(wǎng)支護(hù)。然后，噴射混凝土封閉暴露的巷道圍巖，與錨索共同形成承載環(huán)，既改變了圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，又可以讓巷道圍巖壓力充分釋放，最后對(duì)巷道進(jìn)行二次噴漿支護(hù)。

（3）錨索網(wǎng)+U型棚聯(lián)合支護(hù)。巷道頂板比較復(fù)雜的情況下，采用錨索+梁+網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)的方式。根據(jù)懸吊理論，首先將錨索錨固到上覆穩(wěn)定巖層中，提高巷道圍巖的穩(wěn)定性。然后再安裝支護(hù)梁，提高圍巖整體性，進(jìn)一步改善支護(hù)效果。同時(shí)，在兩幫的棚腿安裝錨桿，提高兩幫支護(hù)強(qiáng)度。

3 最佳支護(hù)時(shí)間和最佳支護(hù)時(shí)段

3.1 最佳支護(hù)時(shí)間

即可以使（PR+PD）同時(shí)達(dá)到最大的支護(hù)時(shí)間，其中PR為圍巖支承力，PD為以變形轉(zhuǎn)化的工程力，其意義如圖1所示。圖中顯示，（PR+PD）～t曲線最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間TS就是最佳支護(hù)時(shí)間。同時(shí)，該點(diǎn)也是PD～t曲線和PR～t曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。[7]

3.2 最佳支護(hù)時(shí)間段

實(shí)際工程中難以準(zhǔn)確掌握最佳支護(hù)時(shí)間，所以采用最佳支護(hù)時(shí)間段的概念，其意義如圖2所示。只要在最佳支護(hù)時(shí)間TS附近對(duì)巷道進(jìn)行永久支護(hù)，基本上可以使PD和PR同時(shí)達(dá)到優(yōu)化意義上的最大。這樣，（PR +PD）→MAX也就自動(dòng)滿(mǎn)足。[7]

4 結(jié)語(yǔ)

巷道支護(hù)主要是采取有效方法對(duì)圍巖進(jìn)行加固，改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，控制圍巖變形。支護(hù)形式改變單一支護(hù)，采用聯(lián)合支護(hù)，提高圍巖的整體強(qiáng)度，改善巷道圍巖的承載能力，有效控制巷道變形，達(dá)到控制巷道圍巖變形的目的，提高了軟巖支護(hù)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟慶彬，韓立軍，喬衛(wèi)國(guó)，等.唐口煤礦深部軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，32（02）：164-171.

[2]何滿(mǎn)潮，景海河，孫曉明.軟巖工程地質(zhì)力學(xué)研究進(jìn)展[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2000，8（1）：56-62.

[3]何滿(mǎn)潮.深部巖體力學(xué)與工程災(zāi)害控制研究現(xiàn)狀與展望[A].2009—2010巖石力學(xué)與巖石工程學(xué)科發(fā)展報(bào)告[C].中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)，2010：10.

[4]劉高，聶德新，韓文峰.高應(yīng)力軟巖巷道圍巖變形破壞研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2000，19（6）：726-730.

[5]佟利.二次耦合支護(hù)技術(shù)在礦井軟巖巷道中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2011（22）：145-146+151.

[6]王金龍.二次耦合支護(hù)技術(shù)在礦井軟巖巷道中的應(yīng)用[J].科技信息，2012（30）：385.

[7]趙曉央.煤礦軟巖巷道支護(hù)應(yīng)用管理[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2016-155（3）：62-63.

[8]何滿(mǎn)潮，景海河，孫曉明.軟巖工程地質(zhì)力學(xué)研究進(jìn)展[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2000（01）：46-62.

作者簡(jiǎn)介：王猛（1998-），男，山東泗水人，本科，主要從事煤礦巷道變形破壞與支護(hù)研究。