三心拱非對稱支護(hù)技術(shù)在軟巖巷道中的應(yīng)用

劉濤 劉清偉 呂兆海

摘 要：隨著煤礦資源向深部開采，礦壓顯現(xiàn)問題突出。金家渠煤礦針對煤巷雙巷掘進(jìn)、復(fù)合松軟頂板、層理節(jié)理發(fā)育、圍巖物理力學(xué)特性差等條件，從巷道變形特征分析、支護(hù)方式比選、壓力位移數(shù)據(jù)采集分析，按照主動(dòng)支護(hù)、關(guān)鍵部位加強(qiáng)原則，采用非對稱支護(hù)技術(shù)解決了復(fù)雜應(yīng)力下的巷道支護(hù)難題。

關(guān)鍵詞：復(fù)合頂板;巷道失穩(wěn);應(yīng)力集中;耦合支護(hù)

中圖分類號(hào)：TD350.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）12-0171-02

0 引言

軟巖巷道主要表現(xiàn)為圍巖松散、變形量大、變形速度快、持續(xù)時(shí)間長、易變形破壞乃至冒頂[1-2]。隨著深部煤層資源開采，軟巖巷道支護(hù)成為制約礦井安全發(fā)展的主要瓶頸[3]。楊曉杰[4]等針對第三系復(fù)合型軟巖的變形特點(diǎn)提出“錨網(wǎng)索+底腳錨桿+柔層桁架”耦合支護(hù)技術(shù)，充分發(fā)揮支護(hù)體的支護(hù)能力;王洪閃等針對西部地區(qū)煤礦圍巖承載力低，錨噴支護(hù)難以有效控制圍巖變形的問題，基于圍巖松動(dòng)圈理論、關(guān)鍵部位支護(hù)原理、基于滑移線理論和塑性極限分析法，確定了巷道支護(hù)參數(shù);孫健新等提出軟弱煤巖復(fù)合頂板巷道頂板不協(xié)調(diào)變形、片幫嚴(yán)重、支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞是由高應(yīng)力導(dǎo)致的圍巖流變、地質(zhì)條件差、水的影響和圍巖結(jié)構(gòu)不合理造成的;軒召軍等針對深埋大跨度復(fù)合頂板煤巷變形失穩(wěn)特點(diǎn)，通過采用壓力拱理論和數(shù)值模擬技術(shù)對巷道圍巖變形規(guī)律進(jìn)行分析，提出“錨桿（索）+金屬網(wǎng)+M鋼帶+單體支柱”的支護(hù)方案;孫輝等針對軟巖巷道變形破壞特點(diǎn)，提出“常規(guī)錨網(wǎng)噴+淺部圍巖注漿強(qiáng)化加固+礦用高強(qiáng)錨索束聯(lián)合中空注漿錨索支護(hù)”控制技術(shù);趙增輝等針對西部礦區(qū)弱膠結(jié)軟巖地層極不穩(wěn)定的特點(diǎn)，基于接觸單元法及非線性接觸理論，提出“階躍式”突跳特點(diǎn)，認(rèn)定圍巖產(chǎn)生非穩(wěn)定破壞的標(biāo)志。

以上學(xué)者針對巷道圍巖變形破壞特點(diǎn)及支護(hù)燈進(jìn)行了研究，筆者針對金家渠煤礦地質(zhì)情況分析了不同斷面條件下巷道的變形特點(diǎn)及錨桿受力，提出了相應(yīng)的支護(hù)方案，從而有效解決了軟巖巷道的變形失穩(wěn)。

1 概況

金家渠煤礦隸屬于寧東煤田馬家灘礦區(qū)，井田地質(zhì)條件復(fù)雜，尤其是2#煤層頂板屬于復(fù)合型軟巖頂板，平均埋深約650m，以130204運(yùn)輸順槽為例，該工作面采用矩形斷面，掘進(jìn)后圍巖變形較大支護(hù)困難，雙巷掘進(jìn)期間兩巷煤柱松軟，巷道頂板及巷幫受到二次應(yīng)力疊加，加速巷道變形，巷道維修工程量大，如圖1所示兩種破壞形式。圖1（a）為巷道墻部剪切破壞形式，曾出現(xiàn)局部漏頂事故;圖1（b）為頂板中部彎矩增大破壞形式，錨索及錨索梁破斷率高，支護(hù)材料失效。

2 巷道變形機(jī)理分析

根據(jù)130204運(yùn)輸順槽鉆孔巖性分析，砂質(zhì)泥巖抗壓強(qiáng)度在22.8MPa～29.1MPa，抗拉強(qiáng)度在4.7MPa～6.9MPa;泥巖抗壓強(qiáng)度在19.4MPa～25.8MPa，抗拉強(qiáng)度在4.8MPa～7.4MPa，屬于典型的軟弱巖體。其物理力學(xué)性質(zhì)為：干燥條件下圍巖有一定的強(qiáng)度，遇水易膨脹變形失穩(wěn)。如圖2所示，一級(jí)承載結(jié)構(gòu)的長錨索容易將二級(jí)承載結(jié)構(gòu)的含水層穿透，造成泥巖含水率提高，頂板巖層膨脹失穩(wěn)。

3 巷道支護(hù)方式

根據(jù)巷道變形特點(diǎn)，巷道圍巖一側(cè)肩角及對應(yīng)的底角出現(xiàn)不同程度的應(yīng)力集中，是產(chǎn)生非對稱變形破壞的關(guān)鍵部位，由于巷道兩幫的應(yīng)力分布集中程度不同、應(yīng)變和位移量也不同，采用非對稱支護(hù)可加強(qiáng)煤柱側(cè)巷道收斂失穩(wěn)，同時(shí)側(cè)限桁架錨索可提高煤柱抗壓強(qiáng)度，按照“主動(dòng)支護(hù)、關(guān)鍵部位加強(qiáng)控制”原則，拱部采用雙層網(wǎng)加大護(hù)表密度、幫部采用菱形網(wǎng)和W型鋼護(hù)板增大護(hù)表面積，巷道拱部采用短錨索+桁架錨索+雙層網(wǎng)+噴砼支護(hù)，巷道回采幫采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，煤柱幫采用錨網(wǎng)噴+側(cè)限桁架錨索支護(hù)，巷道整體呈不對稱支護(hù)，具體設(shè)計(jì)如圖3所示。

4 支護(hù)效果驗(yàn)證

每隔20m設(shè)置一處礦壓監(jiān)測站，對巷道頂板下沉量及巷幫位移量進(jìn)行分析，及時(shí)掌握巷道壓力位移變化規(guī)律，驗(yàn)證支護(hù)效果。十字布點(diǎn)法、頂板離層儀、錨索軸力監(jiān)測，如圖4、5所示，通過頂板離層量、錨索軸力變化曲線得出，深部最大離層量為60mm，淺部離層量為30mm，巷道幫部表面位移量32mm，隨后巷道趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)語

（1）分析巷道幫部應(yīng)力集中度高于頂板的這一特性，通過加強(qiáng)巷道幫部支護(hù)強(qiáng)度可提高巷道整體穩(wěn)定性，將本工作面回采巷道服務(wù)年限在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上延長15個(gè)月。（2）對1#幫部錨索軸力監(jiān)測，初始值為14MPa，經(jīng)過30d觀測最終穩(wěn)定到21MPa;觀察2#煤柱幫肩窩錨索軸力監(jiān)測壓力計(jì)，在21d錨索軸力變化較明顯，由安裝時(shí)額初始值14.5MPa，增大至32MPa，在21d后趨于穩(wěn)定;3#拱部錨索軸力監(jiān)測曲線，拱部5.3m錨索梁的錨索在45d內(nèi)軸力持續(xù)增高，達(dá)到42MPa。（3）回采側(cè)錨桿軸力由初始值為8.7MPa，經(jīng)過60d的監(jiān)測最終穩(wěn)定在10.2MPa，非對稱側(cè)限錨索在控制軟巖巷道幫部位移明顯效果，幫部煤巖體力學(xué)特性無衰減，應(yīng)力集中區(qū)煤柱的抗壓強(qiáng)度提升1.5倍。

參考文獻(xiàn)

[1] 翟新獻(xiàn)，涂興子，李如波，等.深部軟巖錨注支護(hù)巷道圍巖變形機(jī)理研究[J].煤炭工程，2018，50（1）：36-41.

[2] 王普，張百勝，王磊，等.膨脹軟巖頂板回采巷道支護(hù)技術(shù)研究[J].采礦與巖層控制工程學(xué)報(bào)，2020，2（2）：53-61.

[3] 楊景賀.高應(yīng)力軟巖巷道變形破壞與控制機(jī)理數(shù)值模擬研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2019，47（8）：52-58.

[4] 楊曉杰，婁浩朋，崔楠，等.軟巖巷道大變形機(jī)理及支護(hù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2015，43（9）：1-6.