大尺寸矩形巷道過陷落柱帶聯(lián)合支護方案的優(yōu)化

鄯夢濤

（陽泉市上社二景煤炭有限責任公司，山西 陽泉 045100）

陽泉市上社二景煤礦五盤區(qū)第二回風巷為5800 mm×4000 mm 矩形斷面煤巷，屬于典型的大尺寸斷面巷道結(jié)構(gòu)。該回風巷的直接頂是泥巖，平均厚度為800 mm，基本頂為6580 mm 厚的細砂巖；直接底是厚度為1000 mm 的泥巖；基本底是厚度為2400 mm 的粉砂巖。根據(jù)三維地震勘探資料，在距離回風巷約90 m 的位置有DX14 陷落柱，長軸位置最長為60 m，短軸位置最長為40 m，陷落柱為下面小、上面大的“陀螺狀”。

巷道接近該區(qū)域時，經(jīng)常出現(xiàn)片幫、冒頂、圍巖變形的問題。目前主要是通過補打錨桿、增加支護單體等方式來加強過陷落柱區(qū)域的巷道圍巖結(jié)構(gòu)，但效果并不明顯。本文以五盤區(qū)第二回風巷過陷落柱區(qū)域為研究對象，提出了“超前淺部鉆孔注漿+深部柔性管注漿+錨索網(wǎng)支護”的聯(lián)合支護工藝，提升了巷道圍巖的穩(wěn)定性。

1 陷落柱區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析

為了提高陷落柱區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析的準確性，利用應(yīng)力解除法對陷落柱區(qū)域進行地應(yīng)力測試，其最大垂直應(yīng)力為14.1 MPa，最大水平應(yīng)力為13.3 MPa。陷落柱本身在不同方向上會出現(xiàn)不同的應(yīng)力分布情況，而且分布有很多裂隙、節(jié)理，在陷落柱內(nèi)部會形成一個相互貫通且又應(yīng)力集中的柱狀結(jié)構(gòu)。陷落柱內(nèi)部的應(yīng)力分布模型如圖1[1]?；谙萋渲鶖嗔蚜W，陷落柱構(gòu)造區(qū)域圍巖破壞所需的力可表示為[2]：

圖1 陷落柱內(nèi)部應(yīng)力分布示意圖

式中：h為陷落柱高度，取44 m；C為陷落柱四周圍巖的內(nèi)聚力，取15.5 MPa；γ為陷落柱上側(cè)巖層的容重，取16.4 N/m3；H為陷落柱上側(cè)巖層的厚度，取19.6 m；φ為圍巖內(nèi)摩擦角，取15°；d為陷落柱上的裂紋長度，取70 m；α為陷落柱夾角，取75°；k為巖層的斷裂韌度，取23 MPa。

根據(jù)斷裂理論，此時陷落柱構(gòu)造區(qū)域圍巖破壞所需的力約為F=54.97 Pa ＞1，因此陷落柱區(qū)域的圍巖會被破壞掉。

3）注漿范圍選擇。根據(jù)井下的地質(zhì)勘探及彈塑性力學塑性區(qū)邊界的徑向應(yīng)力情況[4]，可以計算出陷落柱區(qū)域的塑性邊界半徑為20 m，井下陷落柱的半徑實測為17.7 m，其塑性區(qū)的半徑為7.2 m。因此，為了保證對圍巖加固的可靠性，注漿范圍需要大于2（20 m+17.7 m+7.2 m）=89.8 m。故最終選擇的注漿范圍為90 m。

1）圍巖破壞所需的力和陷落柱上的裂紋長度d呈正相關(guān)，裂紋長度越大，巷道圍巖越容易被破壞；

結(jié)合陷落柱應(yīng)力厚筒壁四區(qū)理論，當巷道挖掘到陷落柱區(qū)域后集中應(yīng)力會向四周的圍巖釋放，導(dǎo)致巷道圍巖塑性破壞，從而更迅速地使圍巖應(yīng)力快速釋放。巷道的超前應(yīng)力會跟隨著巷道的掘進慢慢向著陷落柱方向轉(zhuǎn)移，使塑性破壞區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力變差，加速了圍巖的蠕變，使圍巖的變形表現(xiàn)出極強的流動性，導(dǎo)致了圍巖的二次破壞。

3）陷落柱圍巖的變形還和作業(yè)區(qū)域內(nèi)上頂板巖層厚度、陷落柱覆巖層平均容重等有關(guān)。

2）圍巖破壞所需的力和巖層的斷裂韌度呈反比，韌度越差其越容易遭到破壞；

因此，對過陷落柱區(qū)域的改善應(yīng)增加圍巖的應(yīng)力強度，減少圍巖自身的裂隙，提高其在應(yīng)力作用下的穩(wěn)定性和可靠性，防止變形失穩(wěn)。

2 過陷落柱支護方案

導(dǎo)致陷落柱區(qū)域圍巖穩(wěn)定性差的主要原因是圍巖強度低、應(yīng)力集中。因此根據(jù)新奧法支護理論，結(jié)合井下的實際情況把注漿加固和井下現(xiàn)有的錨網(wǎng)索支護體系相結(jié)合，確定采用“超前淺部鉆孔注漿+深部柔性管注漿+錨索網(wǎng)支護”的聯(lián)合支護工藝。

2.1 超前預(yù)注漿加固

注漿加固的目的是提高巷道圍巖的結(jié)構(gòu)強度，巷道圍巖結(jié)構(gòu)強度的提升一方面是要將外側(cè)破碎圍巖進行加固，使其凝結(jié)為一個完整的結(jié)構(gòu)，通過人為處理的方式增加圍巖的應(yīng)力強度和斷裂韌度，減少圍巖的裂隙長度和裂隙數(shù)量；另一方面是要增加頂板巖層厚度及陷落柱覆巖層平均容重，可以通過將淺部圍巖和深部圍巖進行連接，提高圍巖的殘余強度，減少陷落柱內(nèi)部的應(yīng)力差。因此，提出了超前預(yù)注漿加固，采用了超前淺孔注漿+深部柔性管注漿聯(lián)合作業(yè)模式[3]。

1）注漿料和柔性注漿管的選擇。通過地質(zhì)勘探分析，陷落柱區(qū)域內(nèi)沒有明顯的滲水、涌水情況，說明該區(qū)域非積水區(qū)域，且?guī)r壁內(nèi)并沒有形成貫通的裂縫，因此選擇了流動性較好的聯(lián)邦雙液注漿料。根據(jù)在井下的實際灌注測試，結(jié)合流動性和凝固時間，確定注漿料的水灰比=0.8:1。柔性注漿管則采用一次性的鋼絲骨架柔性管。

可以根據(jù)改良措施的不同將治理方法分為物理、化學、生物和綜合改良，不同地區(qū)由于土壤鹽堿化程度、性質(zhì)不同，其具體適合的改良措施也不盡相同。

將各測點的圍巖變形情況進行匯總，將其變形量和其他支護方式下的變形量進行對比，結(jié)果如圖5。

在錨網(wǎng)索支護時最大限度地利用現(xiàn)有的支護結(jié)構(gòu)，減少井下作業(yè)量。錨網(wǎng)索整體支護結(jié)構(gòu)如圖3。

根據(jù)式（1）分析：

播種期的小麥病害主要以條銹病、白粉病、雪霉葉枯病和黃矮病為主，同時要防治地下害蟲。該時期的小麥剛萌發(fā)，物理防治會對苗有一定的損傷，一般以化學防治為主。在前期拌種時，可采用藥劑拌種控制苗期地下害蟲和蚜蟲危害，預(yù)防小麥黃矮病的發(fā)生。

通過對流道的有限元分析可以看出：在閥瓣開啟時，流道所受壓力最大，隨著開度逐漸增加，閥道流速逐漸增加，流道所受力逐漸減小，在開度達到15%～30%時，流速達到最大，再繼續(xù)增加開度，對流速的影響可以忽略不計，但通過比較4種狀態(tài)可以看出，閥瓣開度越大，閥瓣上壓力的結(jié)集范圍越小。在流線圖中也可以清晰看出流體在閥體底部形成渦流，流體在流道中的運動路線也可以找到。這為流道的受力分析，流體沖擊的預(yù)測和防范及流道的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了一些基本的理論基礎(chǔ)。

煤礦井下注漿加固鉆孔布置結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 超前淺孔注漿+深部柔性管注漿鉆孔布置結(jié)構(gòu)（mm）

2.2 錨網(wǎng)索支護

陷落柱區(qū)域內(nèi)巷道圍巖在應(yīng)力和作業(yè)擾動的作用下位移量極大，巷道圍巖很難保持穩(wěn)定，需要通過錨桿和錨索的錨固作用[6]，提高對圍巖的支護阻力，降低圍巖的變形，提高巷道的穩(wěn)定性。

繪畫審美上，中國畫追求詩意的傳達。蘇軾認為王維“詩中有畫，畫中有詩”，這從本質(zhì)上體現(xiàn)出詩意精神是中國畫的內(nèi)在特質(zhì)之一。清代畫家惲南田追求簡淡清遠的審美意趣，體現(xiàn)在繪畫上就是“畫以簡貴為尚，簡之入微，則洗盡塵滓，獨存孤迥，煙鬟翠黛斂容而退矣。”[12]畫家的審美意趣會在繪畫中有充分的展現(xiàn)。所以，在中國畫教學上，應(yīng)注重培養(yǎng)學生的審美境界，提升其繪畫的追求品味。

圖3 井下巷道錨網(wǎng)索支護結(jié)構(gòu)示意圖（mm）

如圖3 所示，在巷道頂板上每排設(shè)置5 個單體錨索，所使用的錨索的規(guī)格為22 mm×6300 mm，各個錨索的間距為1.2 m，錨索間的排距為1 m。頂角錨索距離巷幫約0.5 m 的距離，錨索與巷道頂板相垂直，設(shè)置規(guī)格為100 mm×100 mm 的鋼筋網(wǎng)。

3 工程應(yīng)用

根據(jù)所制定的井下超前注漿及支護方案，在第二回風巷進入陷落柱前10 m 處開始進行超前注漿并進行錨網(wǎng)索支護。施工完成后，利用十字布點法[7]對巷道圍巖變形情況進行監(jiān)測，沿著陷落柱方向，共計布置了4 個站點，每個站點之間的距離為12 m。巷道內(nèi)測量站點布置結(jié)構(gòu)如圖4。

秦鐵崖來京城之前，翻閱舊案卷宗，去了趟證物庫房，翻出這個煙花筒帶在身邊。秦鐵崖道：“你不叫喬十二郎，你是陸楓橋?！?/p>

1.2.2 觀察組，采用小切口輔助復(fù)位經(jīng)皮克氏針內(nèi)固定術(shù) 和對照組同樣的先對患兒基礎(chǔ)麻醉同時行臂叢神經(jīng)麻醉和鋪巾消毒，取仰臥位。從肘內(nèi)側(cè)或外側(cè)入路取2-3cm切口，切開皮膚和筋膜，分離肌肉組織，顯露骨折端，再將手指伸入探查骨折端，清除積血及骨折端陷插的軟組織，然后牽引矯正前后及側(cè)方的移位，可以結(jié)合C臂透視機確認復(fù)位滿意后，再經(jīng)皮克氏針從內(nèi)外髁交叉固定，然后剪斷克氏針尾端，沖洗傷口，內(nèi)置引流管，最后縫合包扎傷口，最后石膏固定。

4）鉆孔深度及注漿方案選擇。鉆孔深度主要結(jié)合井下地質(zhì)勘探情況，其淺孔鉆進的深度要大于區(qū)域內(nèi)圍巖表層的破碎深度[5]，取10 m。深孔鉆進的深度要能夠?qū)\部巖層和深部巖層連接起來，取21 m。為了滿足大深度、長距離的注漿需求，在注漿方案選擇上，選擇了循環(huán)注漿的模式。

圖4 井下巷道表面圍巖變形監(jiān)測點布置位置示意圖

2）注漿壓力選擇。巷道標高為+347～+488 m，可計算出此區(qū)域內(nèi)的最低注漿壓力需要8 MPa，但結(jié)合注漿過程中的黏度、注漿距離的變化，最終確認注漿壓力為10～13 MPa。

圖5 不同方案下巷道圍巖變形情況匯總

由實際對比結(jié)果可知，優(yōu)化后巷道頂板的最大位移量為214 mm，比無支護情況下787 mm 的變形量降低了72.8%。巷道側(cè)幫的位移量由無支護情況下的761 mm 降低到了205 mm，位移量降低了73.1%。

結(jié)果表明，超前淺部鉆孔注漿+深部柔性管注漿+錨索網(wǎng)支護聯(lián)合支護工藝，能夠顯著降低大尺寸巷道在過陷落柱時巷道圍巖的變形，確保了作業(yè)的穩(wěn)定性和安全性。

在自然界中，花色苷除以糖基化形式存在外，還存在多種酰基化結(jié)構(gòu)。?；ǔＪ窃谛纬苫ㄉ?3-葡萄糖苷的基礎(chǔ)上，酰基化基團取代糖基上某個羥基形成的?；ㄉ盏孽；〈鶊F有脂肪族和芳香族兩大類。由于取代基團不同、取代位置不同，自然界的花色苷種類繁多，目前報道的種類已達400多種[6]。

4 結(jié)論

對陷落柱區(qū)域巷道圍巖失穩(wěn)原因進行了分析，并針對性地提出了改善方案，主要結(jié)論：

在500 kV電壓等級中，電壓互感器的允許測量誤差為2‰?？紤]到斷路器和隔離開關(guān)的接觸電阻等因素，當任意兩回出線的電壓互感器量測值之差超過6‰(即2.2 kV)時，則認定有電壓互感器發(fā)生故障。

1）圍巖強度低、應(yīng)力集中是導(dǎo)致過陷落柱區(qū)域圍巖穩(wěn)定性差的主要原因，應(yīng)從提高圍巖結(jié)構(gòu)強度、減少應(yīng)力集中方面入手制定改善方案。

2）超前淺部鉆孔注漿+深部柔性管注漿+錨索網(wǎng)支護的聯(lián)合支護工藝能夠?qū)⑵扑閲鷰r形成一個穩(wěn)固的整體，提高其穩(wěn)定性。

3）新方案的應(yīng)用結(jié)果表明，優(yōu)化后巷道頂板變形量能夠比優(yōu)化前降低72.8%，側(cè)幫位移量能夠比優(yōu)化前降低73.1%。