復(fù)雜礦壓下巷道軟巖支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用

楊剛

摘? 要：基于杉木樹煤礦開采強(qiáng)度和深度的日益增加，動(dòng)壓影響的加劇，傳統(tǒng)支護(hù)體系下巷道底鼓片幫嚴(yán)重，該礦以N26采區(qū)軌道下山工程實(shí)踐為背景，通過應(yīng)用理論分析和現(xiàn)場觀測的手段，研究了復(fù)雜礦壓下的巷道軟巖支護(hù)的技術(shù)，并在現(xiàn)場試驗(yàn)了采用“高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿﹢W型鋼帶﹢錨索”的支護(hù)方案，通過近150天的觀測，最大變形量34mm，主要是較微底鼓造的。實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜礦壓下巷道軟巖巷道的可靠維護(hù)，為今后深部水平的巷道支護(hù)提供科學(xué)的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：軟巖巷道? 破壞特征? 支護(hù)原則? 高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿? 支護(hù)質(zhì)量要點(diǎn)

中圖分類號：TD235? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）12（c）-0068-03

Abstract： In this paper， based on the theory of high-strength support and the application of high-strength support system in the field of soft rock mining in Shanmushu Coal Mine， the application of high-strength support technology in the field of soft rock support under the influence of high-strength support system in the field of soft rock support and support in the field was increased According to the observation of nearly 150 days， the maximum deformation is 34mm， which is mainly caused by the slight floor heave. It realizes the reliable maintenance of soft rock roadway under complex mine pressure， and provides scientific theoretical basis for deep level roadway support in the future.

Key Words： Soft rock roadway; Failure characteristics; Support principle; High strength prestressed anchor; Key points of support quality

四川芙蓉集團(tuán)杉木樹煤礦地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，是一座具有煤與瓦斯嚴(yán)重突出的礦井。礦井煤系地層受燕山運(yùn)動(dòng)的擠壓作用，形成了逆斷層為主的斷裂構(gòu)造，井田范圍內(nèi)的斷層發(fā)育較為廣泛。自建井投產(chǎn)至今，共揭露大小斷層1400條，平均每1km2就有25.4條，這使煤系地層中普遍存在煤層重復(fù)、缺失、增厚或變薄，甚至不可采的現(xiàn)象，極大影響了工作面回采巷道優(yōu)化布置、巷道支護(hù)和機(jī)械化開采的普及。

此外，煤系地層普遍存在地質(zhì)構(gòu)造破碎帶，圍巖破碎松散。同時(shí)，煤層底板大多為粘土巖和泥質(zhì)膠結(jié)的砂巖，此類巖層強(qiáng)度低、變形大，遇水軟化甚至膨脹，屬于典型的軟巖。由于軟巖巷道圍巖本身的復(fù)雜性，加上構(gòu)造應(yīng)力和采動(dòng)應(yīng)力的復(fù)合效應(yīng)，使得白皎礦軟巖巷道支護(hù)長期以來成為制約礦區(qū)安全高效生產(chǎn)的重大技術(shù)難題。

然而，到目前為止，杉木樹煤礦巷道圍巖的巖石力學(xué)性質(zhì)和采動(dòng)巷道圍破壞機(jī)理尚不清楚，相應(yīng)的巷道支護(hù)對策缺乏科學(xué)的依據(jù)。對于此類高突礦井復(fù)雜礦壓條件下的軟巖支護(hù)問題，隨圍巖、地應(yīng)力和開采方法的不同影響而具有明顯的個(gè)性，難以套用現(xiàn)成的方案以達(dá)到合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，國內(nèi)外尚無成熟的可直接采用的理論和技術(shù)，開展科技攻關(guān)十分必要。

綜上所述， 研究巷道的變形破壞機(jī)理，優(yōu)化井巷布置與治災(zāi)手段配套，確定經(jīng)濟(jì)有效的支護(hù)方法，解決復(fù)雜高應(yīng)力狀態(tài)下的軟巖支護(hù)技術(shù)，是杉木樹煤礦面臨的緊迫而重大的技術(shù)難題。開展高突礦井復(fù)雜地壓條件下的巷道軟巖支護(hù)技術(shù)的研究，對具有直接實(shí)踐意義，并豐富和發(fā)展了軟巖巷道支護(hù)技術(shù)。

1? 采準(zhǔn)巷道變形破壞特征

采區(qū)下山和底板道距離煤層底板30～40m左右。巖石巷道的主要變形特征是兩幫移近量和頂?shù)滓平慷歼_(dá)到0.8～1.0m，有些巷道多次翻修仍然有破壞，變形主要是底鼓和片幫。

2? 巷道破壞及變形規(guī)律

2.1 圍巖內(nèi)部變形

通過對下山巷道圍巖內(nèi)部的位移觀測可知，巷道頂部4m以內(nèi)的基點(diǎn)位移與5m以上的基點(diǎn)位移不同步，說明發(fā)生松動(dòng)離層，巷道頂部松動(dòng)高度大于4m（圖1）。同理，巷幫松動(dòng)范圍大于3.0m（圖2），說明巷道圍巖松動(dòng)范圍屬于大松動(dòng)圈。巷道頂部采用了錨索加強(qiáng)支護(hù)，效果明顯。巷道兩幫未進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，巷道鼓幫較為嚴(yán)重。

2.2 采動(dòng)影響

（1）單側(cè)采動(dòng)比煤柱集中壓力的影響小，煤柱中心下巷道圍巖變形最大。

（2）開采二煤層的影響最大，開采四煤層時(shí)的動(dòng)壓作用已經(jīng)十分輕微。

（3） 底鼓明顯，底臌量為頂?shù)滓平康?0%。最大頂?shù)滓苿?dòng)速度35.5mm/d，最大頂?shù)滓平窟_(dá)486mm;最大兩幫移近速度為9mm/d，最大兩幫移近量達(dá)213mm。

（4）底板巷道距煤層底板深度在20～25m時(shí)，單側(cè)采動(dòng)只產(chǎn)生一般破壞作用。當(dāng)巷道距離煤層深度大于30m時(shí)，基本不受到動(dòng)壓的影響。

2.3 粘土巖的膨脹性影響

可采煤層底板幾乎全是粘土巖，具有強(qiáng)度低、強(qiáng)流變和明顯的遇水膨脹性，導(dǎo)致巷道在無采動(dòng)影響下也嚴(yán)重破壞，難以正常使用。如果加上構(gòu)造應(yīng)力和采動(dòng)影響，則巷道破壞將更加嚴(yán)重。

3? 巷道錨桿支護(hù)技術(shù)方案

3.1 支護(hù)設(shè)計(jì)的原則

（1）優(yōu)化斷面，對于含粘土巖地段，考慮底板反拱。

（2）加強(qiáng)底板和兩幫控制，維護(hù)頂板。

（3）封閉圍巖表面，加強(qiáng)防護(hù)，控制軟巖膨脹性。

（4）強(qiáng)調(diào)預(yù)緊力，增強(qiáng)錨桿能力，合理布局錨桿系統(tǒng)。

斷面的優(yōu)化，重點(diǎn)將底板實(shí)施反拱，增強(qiáng)底板抗變形能力，加強(qiáng)巷道整體穩(wěn)定性，根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)，反拱深度取700mm。

3.2 支護(hù)參數(shù)

（1）錨桿系統(tǒng)：A3圓鋼;Φ20×2400mm。

（2）錨桿間排距：間距為800mm，排距800mm。

（3）錨桿預(yù)緊力：施加110N.m的力矩。

（4）金屬網(wǎng)和鋼帶：

金屬網(wǎng)：10#鐵絲編制，規(guī)格800×2000mm，網(wǎng)目50×50mm.。

鋼帶：280mm寬3mm厚W型鋼帶;或同等強(qiáng)度的Φ16鋼筋梁。

（5）錨索：

錨索直徑：15.24mm。

錨索間距：單排布置，間距1600mm。

錨索錨固力：工作阻力180 kN，錨索預(yù)緊力70kN。

錨索錨固長度：800 mm，采用1支Z2380樹脂藥卷。

錨索長度：6000mm。

（6）噴漿：噴漿封閉巷道。

3.3 支護(hù)質(zhì)量要點(diǎn)

（1）斷面成型是錨網(wǎng)支護(hù)質(zhì)量的基礎(chǔ)，應(yīng)當(dāng)采用光面爆破確保斷面規(guī)整。

（2）錨網(wǎng)支護(hù)的優(yōu)勢是主動(dòng)支護(hù)，必須保障每根錨桿都具有2t以上初錨力，錨索預(yù)緊力必須達(dá)到6t以上。

（3）泥巖和粘土巖遇水軟化膨脹嚴(yán)重，及時(shí)封閉底板，是支護(hù)成功的關(guān)鍵。

（4）做好巷道變形觀測，為今后調(diào)整和優(yōu)化支護(hù)提供依據(jù)。

4? 巷道支護(hù)方案實(shí)施與觀測研究

4.1 支護(hù)方案實(shí)施對象

為了驗(yàn)證礦井巷道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的正確性，在礦區(qū)內(nèi)選擇相應(yīng)的23采區(qū)軌道下山巷道實(shí)施支護(hù)方案并實(shí)測其效果，以達(dá)到理論指導(dǎo)實(shí)踐的目的。為保證實(shí)測結(jié)果的可靠性，所選擇的實(shí)測巷道是正在掘進(jìn)的巖石巷道。

4.2 觀測內(nèi)容

（1）測定巷道頂?shù)装寮皟蓭偷南鄬σ平考耙苿?dòng)速度。

（2）測定巷道頂板及側(cè)幫的圍巖內(nèi)變位移量及位移速度。

（3）測定全長粘結(jié)錨固時(shí)各段錨桿體的受力情況。

5? 變形觀測結(jié)果

下山巷道由于選擇層較為穩(wěn)定的細(xì)砂巖中，具有很好的穩(wěn)定性，采用錨網(wǎng)支護(hù)手段是可行的，通過近150d的觀測，最大變形量34mm，主要是較微底鼓造成的。

6? 結(jié)論

（1）巷道變形破壞的主要特征是底鼓明顯，巷道破壞典型類型有底鼓型、底鼓兩幫移近型和兩幫移近型。巷道變形普遍受巖性和構(gòu)造應(yīng)力影響?；夭上锏乐饕懿蓜?dòng)影響，其次是受底板軟巖的影響。下山巷道和底板道主要受軟巖的影響，其次是構(gòu)造應(yīng)力的影響，最后是采動(dòng)影響。

（2）下山巷道的主要變形特征是底鼓、兩幫收縮變形，巷道圍巖收斂量一般可達(dá)600～900mm。巷道破壞的機(jī)理是底鼓導(dǎo)致兩幫松動(dòng)，進(jìn)一步引起頂板破壞，巷道支護(hù)的重點(diǎn)是加強(qiáng)對底板和兩幫的控制。

（3）下山巷道支護(hù)可采用Φ20-2400金屬錨桿，錨桿間排距800mm，頂板采用6000mm錨索按照1600mm排距進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，配合金屬網(wǎng)和鋼帶形成系統(tǒng)支護(hù)，并封閉圍巖表面。對于巖性變差時(shí)，可以采用底板反拱加錨固方式進(jìn)行全斷面封閉支護(hù)。

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