動(dòng)壓巷道柔性錨桿“固—卸—轉(zhuǎn)”支護(hù)技術(shù)研究

宋曉彪

（山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份公司五陽煤礦，山西 長治 046205）

隨著煤礦井下綜合機(jī)械化作業(yè)程度的不斷提高，開采規(guī)模和開采強(qiáng)度不斷提高，煤炭工作面回采過程中產(chǎn)生的動(dòng)壓現(xiàn)象越發(fā)顯著。對于一般性的地下工程，加強(qiáng)支護(hù)在一定程度上能夠保證圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但對于動(dòng)壓顯現(xiàn)引發(fā)的大變形破壞，若采取普通的維護(hù)方法，其效果往往不能滿足安全生產(chǎn)的要求，且耗費(fèi)大量的維護(hù)成本。因此大量學(xué)者對動(dòng)壓巷道圍巖變形破壞機(jī)理與控制方法進(jìn)行了研究，取得了豐富的研究成果。在圍巖變形破壞機(jī)理方面，陳曉祥[1]研究了動(dòng)壓巷道圍巖塑性區(qū)兩類滑移面的分布特征；在動(dòng)壓圍巖控制方面，馬元[2]提出“卸壓—整體支護(hù)”理念，轉(zhuǎn)移淺部圍巖應(yīng)力，提高巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力。

本文以五陽煤礦8005 運(yùn)輸巷為工程背景，提出動(dòng)壓巷道柔性錨桿“固—卸—轉(zhuǎn)”支護(hù)技術(shù)，設(shè)計(jì)柔性錨桿支護(hù)方案，通過分段擴(kuò)孔卸壓技術(shù)，合理調(diào)整圍巖應(yīng)力場分布，優(yōu)化巷道圍巖應(yīng)力環(huán)境。

1 8005 運(yùn)輸巷圍巖變形破壞機(jī)理

1.1 生產(chǎn)地質(zhì)條件

8005 工作面位于80 采區(qū)南部，為一仰采工作面。工作面北部為8004 運(yùn)輸巷，南部為文王山北斷層，西部為實(shí)煤體，東部為80 采區(qū)準(zhǔn)備巷道，如圖1。

圖1 8005 工作面采掘工程平面圖

1.2 巷道變形破壞特征

現(xiàn)場調(diào)研分析可得，巷道變形破壞嚴(yán)重，頂?shù)装逡七M(jìn)量超過518 mm，兩幫移進(jìn)量超過722 mm。巷道主要變形部位發(fā)生在煤柱側(cè)，煤柱側(cè)肩窩處產(chǎn)生擠壓變形，造成頂板下沉、幫部鼓包、錨網(wǎng)失效。

1.3 巷道變形破壞原因

（1）煤層賦存條件

8005 運(yùn)輸巷頂板巖性為砂質(zhì)泥巖，屬于不穩(wěn)定頂板，加之煤體抗變形能力不及巖石，因此在復(fù)雜的應(yīng)力條件下難以保證巷道的穩(wěn)定性。

（2）鄰近采空區(qū)影響

8005 運(yùn)輸巷南邊是8006 綜放工作面采空區(qū)，留設(shè)20 m 保護(hù)煤柱，工作面的開采活動(dòng)會(huì)改變原巖應(yīng)力分布狀態(tài)，而8005 運(yùn)輸巷處在采空區(qū)側(cè)向應(yīng)力集中區(qū)域，造成巷道變形破壞嚴(yán)重。

（3）采動(dòng)影響

8005 工作面回采會(huì)嚴(yán)重影響巷道的穩(wěn)定性，8005 工作面回采速度較快，造成頂板懸頂過大，導(dǎo)致應(yīng)力無法釋放，引起劇烈的礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象，圍巖變形速度快。

綜上分析可知8005 運(yùn)輸巷受地質(zhì)構(gòu)造和煤巷圍巖穩(wěn)定性影響，應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，再加上鄰近采空區(qū)和采動(dòng)影響，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力集中現(xiàn)象突出，巷道變形嚴(yán)重，穩(wěn)定性差。

2 柔性錨桿“固—卸—轉(zhuǎn)”支護(hù)技術(shù)

柔性錨桿“固—卸—轉(zhuǎn)”支護(hù)技術(shù)的基本原理是：在巷道開挖后，頂板首先利用柔性錨桿使頂板軟弱巖層與深部堅(jiān)硬巖層連成整體，形成具有一定厚度的主動(dòng)控制承載層，即預(yù)應(yīng)力承載區(qū)，控制頂板淺部穩(wěn)定，此區(qū)域內(nèi)的壓應(yīng)力區(qū)不間斷、連續(xù)完整。其次，打設(shè)長錨索，使錨桿與錨索形成整體，對圍巖起到協(xié)同控制作用，提高錨固體的承載能力。幫部首先打設(shè)錨桿，在淺部加固圍巖，形成巷道圍巖加固區(qū)，保證淺部圍巖的穩(wěn)定。最后，施工卸壓鉆孔，轉(zhuǎn)移巷道圍巖應(yīng)力。考慮到鉆孔對淺部圍巖強(qiáng)度的影響，提出分段擴(kuò)孔卸壓技術(shù)，在巷道錨固層使用小鉆孔，避免淺部鉆孔產(chǎn)生的塑性區(qū)相互貫通，減少鉆孔對巷道淺部圍巖承載結(jié)構(gòu)的破壞，降低鉆孔對巷道支護(hù)體強(qiáng)度的影響。在錨固區(qū)外、應(yīng)力峰值點(diǎn)前采用大直徑鉆孔，多個(gè)鉆孔形成塑性區(qū)相互貫通，形成卸壓帶，降低巷道圍巖高應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力轉(zhuǎn)移與圍巖控制的協(xié)同作用。該技術(shù)的原理如圖2 和圖3。

圖2 柔性錨桿“固—卸—轉(zhuǎn)”支護(hù)原理正視圖

圖3 柔性錨桿“固—卸—轉(zhuǎn)”支護(hù)原理俯視圖

3 工業(yè)性試驗(yàn)

3.1 “固—卸—轉(zhuǎn)”支護(hù)方案

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件及原支護(hù)形式，結(jié)合柔性錨桿的支護(hù)作用，確定巷道“固—卸—轉(zhuǎn)”支護(hù)方案。支護(hù)參數(shù)：頂板5 根柔性錨桿，規(guī)格為MSRG1860-17.8/4300，間排距1200 mm×1000 mm，左右兩根錨索與垂直面成10°，3 根長錨索，規(guī)格為Ф22 mm×6300 mm，1×19 股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，間排距2000 mm×1000 mm，兩幫幫肩和幫腳錨桿與垂直面成10°，內(nèi)幫同外幫一樣打設(shè)錨索，其余不變。給出強(qiáng)動(dòng)壓巷道幫部卸壓鉆孔參數(shù)：未擴(kuò)孔段卸壓鉆孔直徑120 mm，長度4 m，擴(kuò)孔段卸壓鉆孔直徑240 mm，長度6 m，間距2000 mm。“固—卸—轉(zhuǎn)”支護(hù)圖如圖4。

圖4 柔性錨桿“固—卸—轉(zhuǎn)”支護(hù)圖（mm）

3.2 巷道表面位移監(jiān)測結(jié)果分析

通過對8005 運(yùn)輸巷63 d 的位移實(shí)時(shí)監(jiān)測，將各測站的位移最大值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將各測站位移量隨時(shí)間的變化曲線分別繪制于圖5 中。結(jié)果表明：從巷道受8006 工作面回采影響一直到穩(wěn)定過程中，巷道頂板下沉量、底鼓量和兩幫移近量的最大值分別達(dá)到105 mm、323 mm、343 mm，其平均變形速率分別為1.67 mm/d、5.13 mm/d、5.44 mm/d，較原支護(hù)方案分別減小了55.7%、54.4%和52.8%。

圖5 巷道位移量隨距工作面距離的變化曲線

4 結(jié)語

（1）分析了動(dòng)壓巷道圍巖變形破壞特征及原因， 8005運(yùn)輸巷變形破壞因素為：① 煤層賦存條件；② 鄰近采空區(qū)影響；③ 采動(dòng)影響。

（2）根據(jù)動(dòng)壓巷道圍巖變形破壞特征，基于應(yīng)力轉(zhuǎn)移原理，提出柔性錨桿“固—卸—轉(zhuǎn)”支護(hù)技術(shù)，先采用柔性錨桿加強(qiáng)支護(hù)，然后采用分段擴(kuò)孔卸壓技術(shù)，在錨固區(qū)內(nèi)施工小直徑鉆孔，減少對支護(hù)體的影響，錨固區(qū)外施工大直徑鉆孔，轉(zhuǎn)移圍巖應(yīng)力。

（3）設(shè)計(jì)“固—卸—轉(zhuǎn)”支護(hù)方案，在8005運(yùn)輸巷進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。結(jié)果表明：巷道頂板下沉量、底鼓量和兩幫移近量的最大值分別達(dá)到105 mm、323 mm、343 mm，其平均變形速率分別為1.67 mm/d、5.13 mm/d、5.44 mm/d，較原支護(hù)方案分別減小了55.7%、54.4%和52.8%。