耦合支護(hù)在高應(yīng)力礦井中的應(yīng)用

焉德斌

摘要：耦合支護(hù)技術(shù)能夠充分調(diào)動圍巖自身承載能力，比同類的剛度支護(hù)大大節(jié)約材料消耗，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，在高應(yīng)力軟巖礦井中有很高的推廣價值。

關(guān)鍵詞：耦合支護(hù)高應(yīng)力礦井應(yīng)用

1工程概況

1.1大平煤礦NIS2工作面位于北一采區(qū)南側(cè)?；仫L(fēng)順槽臨近采空區(qū)，中間隔8米煤柱：西部為本采區(qū)未動用的南三段工作面。

1.2庫存工作面地表位于礦工業(yè)廣場的西側(cè)，南面為三臺子水庫?；貏傢槻巯锏理敯鍢?biāo)高在326.5m-334.3m之間，水庫庫底標(biāo)高為+79.6m。

1.3庫存耦合支護(hù)試驗(yàn)段開始于回順610米處至760米處結(jié)束，總長150米，其中610-710米段為4.6米圓斷面，710-760米段為中部車場，拱形斷面。

1.4巖性(包括構(gòu)造)：全煤。掘進(jìn)方式：全斷面一次爆破。支護(hù)形式：錨+網(wǎng)+噴漿+棚+錨索聯(lián)合支護(hù)方式。

2地質(zhì)條件

2.1煤質(zhì)工業(yè)牌號為長焰煤，黑色、瀝青光澤、條帶狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造、貝殼狀斷口或平坦?fàn)顢嗫?，質(zhì)脆，以亮煤為主，暗煤次之，在亮煤條帶中常見兩組垂直層面的內(nèi)生裂隙，一組發(fā)育，另一組次之，裂隙面平坦。煤的物理性質(zhì)：1煤層容重1.33g／cm，2煤層容重1 31g／cm。

2.2煤層頂?shù)装澹孩夙敯澹?層煤無偽頂。直接頂為黑褐色油頁巖，中間夾薄層泥巖，泥頁巖、泥灰?guī)r、粘土巖和菱鐵礦透鏡體。老頂以黑色泥巖為主，夾有深灰色粉砂巖，本層中富含蚌、螺及介形蟲等動物化石。本層厚20-34m。②底板：1層煤底板(即1、2煤層間夾石)為兩至三層泥巖，間夾煤線，泥巖質(zhì)軟，松散易碎。2煤層底板主要以灰色、灰白色粉、細(xì)砂巖為主，夾深灰色泥巖，松散易碎。

3耦合支護(hù)的理論依據(jù)

所謂的耦合支護(hù)就是通過支護(hù)體與圍巖的耦合，恰到好處地、及時地限制圍巖由于塑性大產(chǎn)生變形不協(xié)調(diào)部位，實(shí)現(xiàn)巷道穩(wěn)定耦合支護(hù)共同作用過程中，實(shí)現(xiàn)支護(hù)體與圍巖的一體化、荷載的均勻化，剛度耦合支護(hù)體能對圍巖結(jié)構(gòu)面不連續(xù)變形部位進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，以防止圍巖個別部位發(fā)生有害的變形損傷結(jié)構(gòu)耦合，充分地釋放膨脹能等非線性能量，最大限度地保護(hù)圍巖承載能力強(qiáng)度，耦合錨網(wǎng)索耦合支護(hù)就是針對軟巖巷道圍巖，由于塑性大變形而產(chǎn)生的變形不協(xié)調(diào)部位，通過錨網(wǎng)一圍巖以及錨索一關(guān)鍵部位支護(hù)的耦合而使其變形協(xié)調(diào)，從而限制圍巖產(chǎn)生有害的變形損傷，實(shí)現(xiàn)支護(hù)一體化、荷載均勻化，達(dá)到巷道穩(wěn)定的目的。軟巖巷道實(shí)現(xiàn)耦合支護(hù)的基本特征在于巷道圍巖與支護(hù)體在強(qiáng)度、剛度及結(jié)構(gòu)上的耦合。

耦合支護(hù)過程：錨網(wǎng)索支耦合支護(hù)的實(shí)施根據(jù)上述理論，可以確定軟巖巷道耦合支護(hù)的具體實(shí)施過程。

3.1初次耦合巷道開挖后，首先實(shí)施初次耦合支護(hù)。即根據(jù)巷道圍巖條件，選擇與其相耦合的支護(hù)材料(錨桿、網(wǎng)、錨索、噴射混凝土等)，對圍巖施加錨網(wǎng)耦合支護(hù)。初次耦合支護(hù)應(yīng)在充分釋放巷道圍巖變形能的同時，通過錨網(wǎng)與圍巖在剛度、強(qiáng)度上實(shí)現(xiàn)耦合，從而最大限度地發(fā)揮巷道圍巖的自承能力。

其做法是：巷道開挖成型后先進(jìn)行打錨桿，掛網(wǎng)然后進(jìn)行初噴。

3.2二次耦合實(shí)施初次耦合支護(hù)后，通過巷道圍巖的變形特征以及巷道項(xiàng)底板、兩幫移近量以及錨桿托盤應(yīng)力的監(jiān)測，確定支護(hù)的最佳時間(段)及關(guān)鍵部位，對巷道圍巖關(guān)鍵部位施加高預(yù)應(yīng)力錨索，復(fù)噴(150 mm)，架設(shè)36U型鋼梁棚支護(hù)實(shí)施二次耦合支護(hù)。

二次耦合支護(hù)通過調(diào)動深部圍巖強(qiáng)度，使支護(hù)體與圍巖在結(jié)構(gòu)上達(dá)到耦合，從而使整個支護(hù)體與圍巖達(dá)到最佳的耦合支護(hù)力學(xué)狀態(tài)。

根據(jù)新奧法理論，為了發(fā)揮圍巖的本身支撐作用避免軟巖風(fēng)化錨網(wǎng)之后進(jìn)行噴漿，噴層厚度150mm，強(qiáng)度C20：根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)加固理論，錨網(wǎng)之后采用錨索，架棚補(bǔ)強(qiáng)加固支護(hù)。綜上所述確定采用錨、網(wǎng)、噴，索，支聯(lián)合支護(hù)。

4工程說明

有了上述理論依據(jù)，經(jīng)礦研究決定在N1S2回順進(jìn)行錨+網(wǎng)+噴漿+棚+錨索的支護(hù)試驗(yàn)，試驗(yàn)段長度為1 50m。

試驗(yàn)段支護(hù)斷面示意圖：

試驗(yàn)段施工技術(shù)要求：

4.1施工錨桿采用φ22×2400mm的高預(yù)應(yīng)力、高強(qiáng)度錨桿，錨桿布置斷面為16—17—16五花眼布置，排距為800mm，拱部錨桿間距為800mm，底板錨桿間距為1000mm。

4.2每施工完3根錨桿后，使用用鋼帶連接，鋼帶采用8mm盤圓加工，規(guī)格1800×70mm；之后上150×150mm的方形托盤、可調(diào)心墊圈，性能與強(qiáng)力錨桿匹配，墊好高效減摩墊片(1010尼龍)，提高預(yù)應(yīng)力，最后擰緊螺母。

4.3噴漿時首先對本班爆破段進(jìn)行初次噴漿30mm厚，并對之前的初噴段進(jìn)行補(bǔ)噴成巷150mm厚。

4.4試驗(yàn)段架設(shè)的4.4m圓棚，凈高為3.4m，棚距為800mm.循環(huán)進(jìn)尺為2 4m，最小空頂距為0.2m，最大空項(xiàng)距為2.6m。棚后每間隔1.0m一塊的木柈(長度為1m)平行剎好，用鐵線綁牢。超挖部分用木袢和木楔在棚后打“井”字型木垛剎嚴(yán)，與幫、頂接實(shí)。架棚最多可滯后工作面7.4m。

4.5打錨索眼使用專用的錨索鉆機(jī)，配備套釬。錨索采用高強(qiáng)度低松弛的1×19鋼絞線，直徑21.8mm，長度7.32m，2.53kg／m。錨國劑采用4支M2355樹脂錨固劑，錨固長度2.2m。錨索排距為2.4m，錨索間距為1.5m，每排3根。

5支護(hù)效果

巷道施工后，收斂不明顯，收斂速度很小，平均為0.5mm／天左右。在受動壓影響之前，巷道高度和寬度變化很小，和傳統(tǒng)的錨桿，掛鋼筋網(wǎng)，架棚，壁后充填混凝土支護(hù)形式相比差不多，但支護(hù)成本卻大大降低。當(dāng)工作面推進(jìn)至試驗(yàn)段附近100米左右時，試驗(yàn)段變化明顯，開始顯現(xiàn)采動支承壓力影響，試驗(yàn)段全寬最大收斂量為1665mm，平均為1400mm。頂板高最大收斂量為700mm，平均為600mm。期間經(jīng)過現(xiàn)場分析，決定對試驗(yàn)段采動影響范圍100米內(nèi)所套的U型鋼棚子補(bǔ)打斜戧頂子，戧頂子方向?qū)夭擅罕趲?，戧頂子?6U型鋼梁制作，每根長度2、2米，兩根搭接處用4個卡子緊固。并對試驗(yàn)段內(nèi)露煤部位進(jìn)行噴漿封閉補(bǔ)強(qiáng)，以免煤壁風(fēng)化膨脹，通過這些有效的加強(qiáng)支護(hù)措施，試驗(yàn)段于2009年7月份順利通過。

6結(jié)束語

大平礦在N1S2綜放工作面回順610米-760米處大膽進(jìn)行了錨+網(wǎng)+噴漿+棚+錨索的耦合支護(hù)嘗試，從掘進(jìn)到回采都進(jìn)行了礦壓跟蹤觀測，結(jié)果表明這種支護(hù)方式能夠充分調(diào)動圍巖自身承載能力，比同類的剛度支護(hù)大大節(jié)約材料消耗，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，在高應(yīng)力軟巖礦井中有很高的推廣價值。這種支護(hù)方式的缺點(diǎn)是施工底部錨桿困難比較大，而且底部錨桿施工完后，用耙斗機(jī)出賃難度比較大，有待進(jìn)一步改進(jìn)。