大斷面巷道軟巖破碎頂板支護(hù)技術(shù)研究

梁 鑫

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)正新煤焦有限責(zé)任公司， 山西 沁源 046500）

高應(yīng)力煤層巷道是巷道支護(hù)技術(shù)中的主要難題。在以往的施工當(dāng)中應(yīng)用了切槽、錨索等方式加強(qiáng)支護(hù)然而卻沒有達(dá)到理想的效果，但依然沒有對巷道變形的問題進(jìn)行有效地控制和解決。在某些煤礦當(dāng)中將順槽頂當(dāng)作軟巖，并且出現(xiàn)了非常嚴(yán)重的破損這也是大斷面巷道中的一種較為嚴(yán)重的問題。巷道支護(hù)技術(shù)一直都是煤礦支護(hù)當(dāng)中的難點，要想有效地保證煤礦開采過程中的安全就需要深入研究大斷面巷道軟巖破碎頂板支護(hù)工作。采用有效的支護(hù)方案，全面地解決這一問題，推動煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)。

1 當(dāng)前我國煤礦軟巖巷道的現(xiàn)狀

軟巖是礦井中一種強(qiáng)度低并且空隙較大的巖體，相關(guān)的巖石研究學(xué)會將這種軟巖定義為強(qiáng)度在0.5～25.0 MPa 的一種單軸抗壓強(qiáng)度巖石。通過對這種軟巖進(jìn)行研究和分析，發(fā)現(xiàn)可塑性、漲縮性和崩解性是其主要特質(zhì)。對于這種巖石的研究早在20 世紀(jì)50 年代就有相關(guān)的人員對軟巖的蒙脫石膨脹現(xiàn)象進(jìn)行了研究，并且提出了與之相關(guān)的多種理論。應(yīng)變控制理論是日本山地宏提出的，他們認(rèn)為將這種理論應(yīng)用到煤礦軟巖巷道支護(hù)當(dāng)中可以增加支護(hù)的結(jié)構(gòu)，并且在支護(hù)結(jié)構(gòu)增加的同時可以不斷地減小圍巖的應(yīng)變力，圍巖的允許會不斷地增大。所以加強(qiáng)支護(hù)的結(jié)構(gòu)能夠在允許應(yīng)變范圍內(nèi)容加強(qiáng)對圍巖應(yīng)變控制。我國針對軟巖巷道的研究并提出了巖性轉(zhuǎn)化理論、軸變理論和聯(lián)合支護(hù)等相關(guān)的理論。我國著名學(xué)者陸家梁、馮豫等人在新奧法理論研究基礎(chǔ)上提出了聯(lián)合支護(hù)理論，單一的加強(qiáng)支護(hù)剛度對支護(hù)效能造成嚴(yán)重的影響，需要將新奧法合理應(yīng)用到支護(hù)技術(shù)研究當(dāng)中，并需要結(jié)合軟巖的實際情況，采用先柔后剛、柔剛適中的方式保證聯(lián)合支護(hù)的穩(wěn)定性。當(dāng)前相關(guān)的學(xué)者針對軟巖的研究開始從物理學(xué)的方式不斷的轉(zhuǎn)向工程地質(zhì)方面進(jìn)行研究，并結(jié)合軟巖和工程地質(zhì)的實際特性進(jìn)，并且通過不斷的理論研究和實踐推動了支護(hù)技術(shù)的發(fā)展。旨在更好地解決煤礦軟巖巷道當(dāng)中出現(xiàn)的問題。

2 控制軟巖巷道圍巖變形的相關(guān)支護(hù)技術(shù)研究

煤礦中的軟巖巷道在遇水后容易出現(xiàn)膨脹和崩解現(xiàn)象，在軟巖巷道支護(hù)中重要的工序是封閉圍巖和杜塞圍巖內(nèi)容的礦井水通道。針對軟巖巷道的穩(wěn)定性主要采用了加固法、卸壓法和聯(lián)合法這三種支護(hù)方式[1]。被動支護(hù)和主動支護(hù)是加固法的主要支護(hù)形式，金屬架蓬支護(hù)是被動支護(hù)的主要方式，而錨、噴和網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)是主動支護(hù)的方式，主要是對圍巖進(jìn)行加固并保證控制巷道的變形。針對卸壓法就是采用切縫的方式將原來連接的巖體分隔開，降低軟巖巷道應(yīng)力，從而使軟巖巷道的變形量逐漸地降低。將聯(lián)合法和卸壓法應(yīng)用到軟巖巷道當(dāng)中能夠在很大程度上保證巷道的穩(wěn)定性。我國的重點煤礦基本上屬于高瓦斯礦井。煤層的平均厚度在4.5 m 左右，通過對煤礦地質(zhì)的研究和數(shù)據(jù)分析，煤礦的順槽巷道的偽頂?shù)钠骄穸仍?.2 m，其主要成分是泥砂巖并且存在嚴(yán)重的坡頂問題。在距離頂板2.8 m 以上的范圍主要是以粉砂巖和炭質(zhì)泥成分組成的巖層，有些部分出現(xiàn)離層現(xiàn)象。頂板10 m 以上的圍巖主要是粉砂巖，在以往的施工作業(yè)中出現(xiàn)過較為嚴(yán)重的斷層現(xiàn)象，對巷道的安全掘進(jìn)產(chǎn)生造成嚴(yán)重的影響，并出現(xiàn)較大范圍的垮落并且伴有下沉現(xiàn)象，從而對巷道支護(hù)技術(shù)的施工造成很大的影響。要想增強(qiáng)支柱的作用、保證巷道掘進(jìn)的效率和施工安全，就需要對大斷面巷道軟巖破碎頂板支護(hù)技術(shù)進(jìn)行充分的研究。

3 解決大斷面巷道軟巖破碎頂板支護(hù)設(shè)計難題的策略

3.1 支護(hù)應(yīng)用的形式

在巷道軟巖破碎頂板的前期支護(hù)中才有了錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)法。在側(cè)煤柱中應(yīng)用了塑料網(wǎng)和樹脂錨桿兩種支護(hù)方式。金屬網(wǎng)和麻花錨桿兩種方式作為采空區(qū)側(cè)煤柱的主要支護(hù)。螺旋紋錨桿是頂板錨桿的主要特點其長度和錨桿間距為2.0 m 和1.1 m，它們之間的排距為1.0 m，每排采用了5 根長度為4.8 m的配套錨桿。頂板錨索采用了長度和直徑分別為4.3 m 和17.8 mm 的頂應(yīng)力鋼絞線。在頂板每排施工中采用了間距為2.5 m、排距為3.0 m 的單錨網(wǎng)，并且與0.3 m×0.3 m 的鋼托板配合進(jìn)行支護(hù)。MSK 23/35 快速應(yīng)用于頂板錨桿、MSZ 23/60 中速型樹脂藥應(yīng)用于錨索，并且每根錨桿要和一支快速和中速型的樹脂藥配套使用。則需要配套2 根和2 支錨索。

3.2 應(yīng)用過斷層支護(hù)技術(shù)的主要特點

過斷層支護(hù)技術(shù)的要點可以分為三種，其一要想更好地保證撞楔超前支護(hù)能夠順利通過過斷層破碎的范圍，在完成以上支護(hù)方式后采用聯(lián)合支護(hù)法對斷層面相距5 m 的位置進(jìn)行支護(hù)處理，也就是將撞楔超前支護(hù)和注漿支護(hù)以及棚式支護(hù)相互結(jié)合配套支護(hù)。在施工的地板處采用撞楔超前支護(hù)[2]，撞楔超前支護(hù)的是由直徑30 mm 的鋼針作為主要材料，并且每組需要采用10 根長度為3 m 的鋼針，在支護(hù)的過程中要垂直于工作面。其次注漿支護(hù)的特點，當(dāng)對上述工程完成后，在與頂板相距1.2 m 的水平面鉆三個深度為3 m 的孔，并且每個孔之間的距離為1.5 m。通過高壓泵將一定量的馬麗散混合液注入到每個鉆孔內(nèi)，當(dāng)在煤巖體深入漿液時需要停止注漿并將孔封住。漿液凝固5 h 后就可以進(jìn)行掘進(jìn)施工。對于棚式施工，在施工巷道內(nèi)設(shè)置工字鋼棚并且每個鋼棚之間的距離為1.0 m，并且要利用套桿將鋼棚連接起來。要想保證鋼棚的穩(wěn)定性需在安裝鋼棚前要在堅硬的頂板內(nèi)穩(wěn)固棚腿，并且要在施工范圍內(nèi)進(jìn)行地錨施工。之后在果斷帶層中設(shè)置10 架鋼棚，并且在兩個相鄰的鋼棚中間填充水泥背板，如果沒有達(dá)到理想的施工效果，需要及時關(guān)注膨脹劑從而在很大程度上保證施工質(zhì)量。

4 支護(hù)應(yīng)用中的分析和策略

4.1 支護(hù)應(yīng)用中的問題

巷道當(dāng)中的每塊頂板存在厚度不一致的現(xiàn)象，在施工的過程中容易出現(xiàn)加大面積的破碎面。如果只利用錨桿網(wǎng)進(jìn)行巷道頂板的支護(hù)，只能有效地保證巷道的橫向上的支護(hù)效果，然而縱向面卻無法達(dá)到理想的支護(hù)效果，無法橫向和縱向相互聯(lián)鎖的支護(hù)效果。倘若在施工的過程中出現(xiàn)漏頂現(xiàn)象非常容易導(dǎo)致多排支護(hù)失去原本的支護(hù)效果。另外還會導(dǎo)致接近漏頂?shù)闹ёo(hù)同樣失去原本的效果。其次當(dāng)上述支護(hù)施工完成后，可以在基本定和直接頂范圍內(nèi)的錨固段中間采用4.3 m 長的頂板錨索，如果出現(xiàn)離層和下沉的現(xiàn)象會導(dǎo)致直接頂處，從而導(dǎo)致錨固失去支護(hù)效果。對于直徑為17.8 mm 錨固所出現(xiàn)失效情況就會導(dǎo)致無法滿足錨索抗拉強(qiáng)度的施工要求。其三如果施工的過程中出現(xiàn)斷層的現(xiàn)象，并且巷道頂板局部出現(xiàn)漏液的情況，通過對巷道頂板的了解漏頂范圍在1.0～1.3 m之間。如果在這種情況下仍然使用錨桿和錨索進(jìn)行支護(hù)，將會加大施工的難度，無法保證頂板的穩(wěn)定性。通過具體施工現(xiàn)象的分析，如果在頂板錨桿和錨索采用樹脂藥的需要較長的時間，并且錨索和錨固的長度不符合施工的要求，無法實現(xiàn)理想的支護(hù)需求。

4.2 支護(hù)設(shè)計方案

頂板永久支護(hù)主要是采用錨桿支護(hù)、錨索支護(hù)、圓鋼托架支護(hù)、金屬網(wǎng)和工資鋼梁聯(lián)合等支護(hù)形式，采用長度為4.0 m、寬度為0.25 m 型號為“JW”的鋼帶，并將6 根錨桿穿插到其中進(jìn)行配套施工[3]，錨桿還是選擇常規(guī)型號的錨桿，并且錨桿之間排距和間距分別為0.8 m 和0.9 m，在直徑為20 mm 的圓鋼托架的兩端焊制直徑為23 mm 的圓孔。其次當(dāng)完成頂板錨桿的施工后，需要將1 根圓鋼托架安裝到第一排鋼帶錨桿之間，并且在第三排的首部和尾部2 根鋼帶之間也要設(shè)置1 根圓鋼托架進(jìn)行預(yù)緊，同時將1 根圓鋼托架安裝到第一排鋼帶第2 根錨桿和第三排第5 根錨桿之間，通過這樣一次推進(jìn)的方式在每排的鋼帶之間的錨桿中按照邁步式設(shè)置圓鋼托架。要想更好的保障頂板錨索干的支護(hù)效果，將錨索的長度和直徑分別改正6.5 m 和21.6 mm，在每排當(dāng)中設(shè)置3 根錨索，并且將錨索之間的距離和排距設(shè)置為2.0 m 和1.6 m，并且將1 根工字鋼鋼梁連接到縱向相鄰的錨索中間。從而錨桿和鋼梁形成“交錯式”。

5 結(jié)語

隨著煤礦開采時間的不斷增加，淺部容易開采的煤炭在逐漸的減少，進(jìn)而煤礦企業(yè)逐漸的開始不斷地挖掘深層的每趟資源，煤炭軟巖問題隨著煤礦不斷的生產(chǎn)和建設(shè)壓在不斷的加劇，大斷面巷道軟巖破碎頂板支護(hù)技術(shù)是軟巖巷道中重要的一個問題，迫切地需要解決。所以需相關(guān)人員根據(jù)巷道軟巖和支護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行全面的研究和分析，從而采用更為合理有效的支護(hù)方案，保證煤礦開采過程中的安全性和穩(wěn)定性，在最大程度上滿足支護(hù)的需求，從而保證支護(hù)技術(shù)施工的質(zhì)量。