對(duì)礦井深部巷道支護(hù)工藝的優(yōu)化

王金龍

摘 要：為了解決朱仙莊煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，隨著開(kāi)采逐步向南翼深部轉(zhuǎn)移，礦壓顯現(xiàn)明顯，深部巷道支護(hù)問(wèn)題，基于對(duì)礦井地壓顯現(xiàn)規(guī)律的理論研究和支護(hù)方式現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，提出以礦壓完全是可控的，主動(dòng)支護(hù)為為中心，采取從設(shè)計(jì)層面分析、從圍巖應(yīng)力分布改變上分析，從采動(dòng)影響上分析、從支護(hù)形式上分析、從施工工藝上分析，多角度對(duì)巷道地壓顯現(xiàn)及支護(hù)使用進(jìn)行分析研究。

關(guān)鍵詞：圍巖應(yīng)力;錨注一體;圍巖松動(dòng)圈測(cè)試;讓抗結(jié)合

0引言

目前朱仙莊煤礦以F10大斷層為界劃分為南北兩翼，北翼礦壓較小，南翼采區(qū)礦壓顯現(xiàn)明顯，受高地應(yīng)力和采動(dòng)共同影響，Ⅱ3、Ⅱ5采區(qū)主體巷道失修嚴(yán)重;三水平開(kāi)拓巷道雖未受工作面采動(dòng)影響，但失修現(xiàn)狀也較為嚴(yán)重。基于多年地壓理論研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐工作，筆者提出地壓應(yīng)力控制理論，并采用工程實(shí)踐為基礎(chǔ)的研究，從設(shè)計(jì)層面、圍巖應(yīng)力分布改變、采動(dòng)影響、支護(hù)形式、施工工藝等方面入手，一巷一策，具體問(wèn)題具體分析，為地壓控制的理論研究、監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)和防治解危提供新的方向。

1巷道變形破壞原因分析

1.1從設(shè)計(jì)層面上分析

礦井南翼Ⅱ3、Ⅱ5采區(qū)在設(shè)計(jì)時(shí)為優(yōu)化巷道布置、減少巖石巷道工程、減少上山保護(hù)煤柱、增加煤炭回收率、加快采區(qū)投產(chǎn)時(shí)間，采區(qū)設(shè)計(jì)采取聯(lián)合布置，巷道布置在8煤底板、10煤頂板，距8煤底板、10煤頂板法線距離15-55m。巷道受8煤、10煤工作面回采動(dòng)壓影響，造成支護(hù)受損，巷道破壞。

1.2從圍巖應(yīng)力分布改變上分析

南翼二水平主要圍巖的強(qiáng)度普遍很低，是典型的工程軟巖，而且大部分巖層均含有少量伊利石、高嶺土等遇水膨脹成分，使得大部分圍巖的抗風(fēng)化能力極弱、遇水后的強(qiáng)度急劇降低，甚至完全泥化。

1.3從采動(dòng)影響上分析

工作面回采時(shí)不間斷動(dòng)壓經(jīng)斷層破碎帶傳遞采區(qū)主體巷道附近，應(yīng)力場(chǎng)重新分布，改變了巷道受力狀態(tài)，巷道始終處于較高的應(yīng)力影響，而巷道圍巖巖體整體強(qiáng)度小于其所處的應(yīng)力，在該應(yīng)力長(zhǎng)期作用下，造成支護(hù)受損，巷道破壞。

1.4從支護(hù)形式上分析

一是南翼采區(qū)主體巷道大多選用架設(shè)全封閉U型棚、半圓拱U型棚支護(hù)，架棚支護(hù)屬于被動(dòng)支護(hù)，巷道開(kāi)挖時(shí)，放炮震動(dòng)產(chǎn)生大量的爆破裂隙使得圍巖變得不完整，導(dǎo)致巷道損壞。

二是巷道底板未控制。在有效控制巷道頂幫的同時(shí)，未能對(duì)巷道底板進(jìn)行有效支護(hù)，圍巖在高應(yīng)力作用下獲得釋放空間，成為巷道整體破壞的突破口。

三是護(hù)表強(qiáng)度不夠。原支護(hù)護(hù)表材料是鋼筋網(wǎng)，錨桿（索）之間未用鋼筋梯子梁或鋼帶等剛性護(hù)表材料連接，支護(hù)的整體性差。

1.5從施工工藝上分析

由于采區(qū)主體巷道設(shè)計(jì)坡度較大，巷道掘進(jìn)施工時(shí)，采用傳統(tǒng)的炮掘工藝，放炮震動(dòng)使圍巖表面產(chǎn)生大量的爆破裂隙，產(chǎn)生較大的圍巖松動(dòng)圈，圍巖整體性受到破壞。

2巷道支護(hù)對(duì)策

2.1加強(qiáng)礦壓觀測(cè)

巷道圍巖控制重在實(shí)時(shí)觀測(cè)、長(zhǎng)期觀測(cè)，綜合利用多類型、多參量礦壓觀測(cè)儀器和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)巷道由點(diǎn)到面的圍巖長(zhǎng)期觀測(cè)，形成數(shù)據(jù)支撐。新掘巷道布置觀測(cè)點(diǎn)，分析巷道初期變形和后期流變特征，確立巷道變形階段的時(shí)間拐點(diǎn);觀測(cè)動(dòng)載、構(gòu)造區(qū)域巷道及軟巖巷道的變形特性，為加強(qiáng)支護(hù)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.2圍巖松動(dòng)圈測(cè)試

巷道支護(hù)的實(shí)質(zhì)就是支護(hù)圍巖松動(dòng)圈。巷道開(kāi)挖過(guò)程中，迎頭前方圍巖的支撐作用逐步消失，周邊圍巖的應(yīng)力狀態(tài)逐步由三向轉(zhuǎn)為二向。巷道周邊的松動(dòng)圈在掘進(jìn)后就開(kāi)始形成，并隨著掘進(jìn)施工的推進(jìn)而不斷擴(kuò)大，逐步達(dá)到其最大值。

2.3堅(jiān)持“錨注一體”支護(hù)原則

錨注支護(hù)技術(shù)是維護(hù)軟巖巷道圍巖穩(wěn)定的一種有效方式，注漿錨索和錨桿所注漿液使巷道淺部圍巖形成完整的錨注加固圈，而注漿錨索同時(shí)使巷道深部圍巖形成局部錨注加固體，錨注加固體能充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力，減輕支護(hù)體承受載荷，防止圍巖風(fēng)化。

2.4提高支護(hù)強(qiáng)度

提高支護(hù)材料的強(qiáng)度，增大錨桿（索）的直徑，增強(qiáng)其抗拉、抗剪強(qiáng)度;增加支護(hù)密度，減少錨桿（索）間排距、減少架棚支護(hù)棚距;增大錨桿（索）預(yù)緊力;增強(qiáng)網(wǎng)、梁及噴層護(hù)表作用等。

2.5采取打鉆卸壓的“讓抗結(jié)合”控制手段

在采取錨桿（索）主動(dòng)支護(hù)的同時(shí)，在巷道內(nèi)施工卸壓鉆孔卸壓。卸壓的實(shí)質(zhì)是巷道應(yīng)力轉(zhuǎn)移，使支承壓力向圍巖深部轉(zhuǎn)移，從而減小圍巖破裂范圍，保持巷道長(zhǎng)期穩(wěn)定。鉆孔卸壓屬于巷內(nèi)卸壓技術(shù)，具有工藝簡(jiǎn)單、施工方便、工程量小等優(yōu)點(diǎn)，在轉(zhuǎn)移巷道周邊高應(yīng)力的同時(shí)可為圍巖膨脹變形提供有效補(bǔ)償空間，吸收部分變形。巷道受動(dòng)載影響嚴(yán)重，垂直應(yīng)力集中程度高，施工水平卸壓鉆孔效果比較明顯。

2.6巷道底板治理

朱仙莊煤礦現(xiàn)有支護(hù)方式在有效控制巷道頂板與兩幫的同時(shí)，未能對(duì)巷道底板進(jìn)行有效支護(hù)，圍巖在高應(yīng)力作用下獲得釋放空間，導(dǎo)致巷道底鼓嚴(yán)重。底板圍巖多有泥巖及其它遇水弱化巖層，很多巷道底板長(zhǎng)期受頂板淋水、施工用水共同的浸泡作用，強(qiáng)度降低、弱化、泥化區(qū)域不斷增加，底板松動(dòng)圈深度不斷增大，圍巖整體承載結(jié)構(gòu)不斷以底板為突破口破壞。把底板治理與幫頂支護(hù)擺在同等重要的位置，巷道才能處于長(zhǎng)期穩(wěn)定。

3巷道支護(hù)方案優(yōu)化

3.1頂幫全錨索支護(hù)。根據(jù)科研院校的地應(yīng)力測(cè)試和松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果，選用錨索規(guī)格為Φ22×4300型短錨索，間排距2500mm×800（1600）mm，即每?jī)山M注漿錨索之間施工兩組;底部錨桿支護(hù)與短錨索位于同一斷面，間排距為1000×800（1600）mm，待底部注漿錨桿所注漿液完全凝固強(qiáng)度上升后，開(kāi)始施工底部錨桿。

3.2錨桿、錨索混合支護(hù)。錨索規(guī)格為Φ22×6300，間距排2500mm×1600mm，安裝位置位于錨桿或注漿錨索之間;拱部錨桿間排距700×800（1600）mm，幫部錨桿間排距600×800（1600）mm，即每?jī)山M注漿錨索之間施工兩組;底部錨桿支護(hù)與方案一相同。

3.3在注漿錨索之間，施工4個(gè)幫部卸壓鉆孔緩解開(kāi)采引起的垂直高應(yīng)力集中，鉆孔直徑42mm，長(zhǎng)度6500mm，間排距為900×1600mm;卸壓鉆孔效果與鉆孔直徑有關(guān)，在設(shè)備允許的情況下，盡可能增大鉆孔直徑。

4結(jié)論

1）地壓導(dǎo)致煤巖體松軟破壞，巷道失修，應(yīng)力控制理論的核心是主動(dòng)支護(hù)抗壓。

2）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐、理論研究表明：地壓導(dǎo)致的巷道失修、圍巖變形是可以通過(guò)控制應(yīng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

3）主動(dòng)支護(hù)治本，被動(dòng)支護(hù)治表，要從根本上治理巷道失修，就要著重從主動(dòng)支護(hù)入手。

4）一巷一策、一面一策，具體問(wèn)題具體分析，根據(jù)實(shí)際情況具體分析研究巷道失修應(yīng)對(duì)方案，不能一成不變的處理巷道失修問(wèn)題。

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作者簡(jiǎn)介：

齊慶新（1964—），男，滿族，吉林九臺(tái)人，研究員，博士生導(dǎo)師，博士.