弱膠結(jié)軟巖巷道支護(hù)實(shí)踐與合理支護(hù)形式探討

亓榮強(qiáng),王 勇

(內(nèi)蒙古魯新能源有限責(zé)任公司, 內(nèi)蒙古錫林郭勒盟 026321)

弱膠結(jié)軟巖巷道支護(hù)實(shí)踐與合理支護(hù)形式探討

亓榮強(qiáng),王 勇

(內(nèi)蒙古魯新能源有限責(zé)任公司, 內(nèi)蒙古錫林郭勒盟 026321)

基于弱膠結(jié)軟巖巷道變形破壞現(xiàn)狀,簡述了內(nèi)蒙古魯新礦井 +570 m軌道石門支護(hù)實(shí)踐,總結(jié)了弱膠結(jié)軟巖巷道合理的支護(hù)形式和支護(hù)原則,對于類似條件下的礦井建設(shè)具有指導(dǎo)意義。

弱膠結(jié)軟巖;巷道變形;支護(hù)形式

1 魯新礦井弱膠結(jié)軟巖巷道概況

內(nèi)蒙古魯新礦井煤田屬中生代晚侏羅～早白堊含煤建造體系,賦存于受各級(jí)構(gòu)造控制的陸相含煤盆地中,巖層軟弱,膠結(jié)性差,煤礦軟巖多為泥巖、炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖等,其單軸抗壓強(qiáng)度都比較低,普氏系數(shù)僅為 0.79～2.0,易風(fēng)化、怕風(fēng)、怕水,受施工影響大。

該區(qū)層狀分布的地層使得在頂板處易產(chǎn)生離層現(xiàn)象,在自重應(yīng)力作用下使得頂板破碎,而兩幫變形較頂板小。圍巖自穩(wěn)時(shí)間短,來壓快,要立即支護(hù)或超前支護(hù),方能保證巷道圍巖不致冒落。

2 魯新礦井支護(hù)狀況

魯新礦井 +570 m軌道石門在施工過程中進(jìn)行了多次支護(hù)實(shí)踐。初次支護(hù)采用錨網(wǎng)噴支護(hù),錨桿長度 2200 mm,間排距 600 mm ×600 mm,錨固長度700 mm,鋼筋網(wǎng)采用經(jīng)緯網(wǎng),Φ6 mm鋼筋,網(wǎng)格間距 100 mm×100 mm。穿過炭質(zhì)泥巖層時(shí)經(jīng)過一段時(shí)間的穩(wěn)定后,1個(gè)月時(shí)便表現(xiàn)出明顯的變形增大現(xiàn)象,頂板變形量達(dá)到 500 mm以上,同時(shí)兩幫變形也在 300 mm以上,變形速率達(dá)到 11 mm/d,超出了錨桿支護(hù)所允許的極限變形。同時(shí)在錨桿支護(hù)下出現(xiàn)了托盤內(nèi)陷現(xiàn)象,如圖1所示。

托盤與噴層之間的脫離以及錨桿陷入圍巖中的現(xiàn)象是由錨桿體系與支護(hù)結(jié)構(gòu)和噴層之間的剛度不耦合造成的。在一定的原巖應(yīng)力作用下,由于巖性軟弱,開挖卸壓后,圍巖隨之發(fā)生大變形,并向支護(hù)結(jié)構(gòu)施加壓力,這時(shí),錨桿由于剛度較大,其受拉力作用后的伸長量遠(yuǎn)小于周圍圍巖向巷道的移近量,造成錨桿內(nèi)陷現(xiàn)象,同時(shí)鋼筋網(wǎng)噴層是柔性支護(hù)體,剛度遠(yuǎn)小于錨桿托盤體系的剛度,在托盤與噴層交接處的拉剪應(yīng)力的綜合作用下,噴層內(nèi)鋼筋網(wǎng)屈服伸長甚至斷裂,導(dǎo)致托盤與噴層脫離,進(jìn)而使得噴層體系失去支撐,喪失支護(hù)能力。

圖1 錨桿內(nèi)陷現(xiàn)象

后在錨桿支護(hù)的基礎(chǔ)上增加了錨索支護(hù),錨索采用Φ15.4 mm的鋼絞線,長度 6000 mm,錨固長度1100 mm,并且增加了鋼筋梯子梁,提高支護(hù)的護(hù)表能力。支護(hù)后巷道變形得到了較大的改善,開挖后10 d時(shí)頂板下沉降至 1.5 mm/d左右。分析認(rèn)為該支護(hù)仍無法滿足長期穩(wěn)定要求,后又增加 29U型鋼可縮性支架支護(hù),間距 800 mm,通過 4個(gè)月的監(jiān)測,巷道變形速率維持在 0.08 mm/d以下,達(dá)到了長期穩(wěn)定性要求。

3 弱膠結(jié)軟巖巷道支護(hù)對策分析

3.1 巷道支護(hù)變形受力情況分析

開挖導(dǎo)致巷道周邊的巖體沿垂直于巷道表面方向的應(yīng)力卸除,沿巷道切向的應(yīng)力加大,這樣就使得巷道兩幫豎向承受著壓應(yīng)力,水平向基本不受力;在頂板處受水平向壓應(yīng)力,在豎向受到重力作用而產(chǎn)生豎向受拉,并且由于該處巷道圍巖為弱膠結(jié)的層狀沉積巖,容易產(chǎn)生離層,導(dǎo)致頂板破碎,而破碎巖體的重力作用在噴層上,首先沿噴層搭接處和錨桿與噴層連接處破壞,如果繼續(xù)發(fā)展甚至?xí)?dǎo)致巷道整體不穩(wěn)定。因此,在弱膠結(jié)軟巖巷道支護(hù)中應(yīng)特別重視頂板的維護(hù)。

在 +570 m軌道石門施工過程中,施工至煤層與下部泥巖交接處時(shí)頂板出現(xiàn)離層,錨桿支護(hù)下頂板破碎。后加強(qiáng)了頂板的維護(hù),緊跟迎頭間距 2 m排距 3 m處打 6.0 m長錨索,順利通過了該段巷道。

3.2 弱膠結(jié)軟巖巷道合理支護(hù)形式探討

通過魯新礦井支護(hù)的實(shí)踐,認(rèn)為弱膠結(jié)軟巖巷道自穩(wěn)能力較差,單純的主動(dòng)支護(hù)形式對于提高巷道自身穩(wěn)定能力有限,很難保證巷道的長期穩(wěn)定;同時(shí)普通的錨桿和錨索支護(hù)在變形上不能適應(yīng)軟巖巷道變形大的特點(diǎn),而采用主動(dòng)支護(hù)和被動(dòng)支護(hù)相結(jié)合的支護(hù)形式,能較好地維持巷道穩(wěn)定。

根據(jù)魯新礦井弱膠結(jié)軟巖巷道變形的特點(diǎn),對于弱膠結(jié)軟巖巷道支護(hù)采取了先 1次主動(dòng)支護(hù)、后2次被動(dòng)高阻可縮支護(hù)的措施,并總結(jié)形成了以下支護(hù)原則:

(1)前期要加強(qiáng)頂板維護(hù),及早支護(hù),盡量避免頂板離層。

(2)后期要對巷道表面提供足夠大的支護(hù)阻力,才能改善巷道表面處圍巖的受力條件,控制巷道的變形量。

(3)盡早進(jìn)行被動(dòng)支護(hù)。由于弱膠結(jié)軟巖巷道自穩(wěn)時(shí)間短,應(yīng)盡早實(shí)施被動(dòng)支護(hù),保證支護(hù)強(qiáng)度。在礦壓監(jiān)測的基礎(chǔ)上,魯新礦井總結(jié)認(rèn)為在軌道石門軟弱泥巖條件下的 U型鋼支護(hù)應(yīng)在初次支護(hù)后3～5 d內(nèi)支設(shè)。

(4)被動(dòng)支護(hù)應(yīng)該采用高阻可縮的支護(hù)方式。一方面提供足夠高的支護(hù)阻力;另一方面適應(yīng)軟巖巷道變形大的特點(diǎn),防止支護(hù)結(jié)構(gòu)過早破壞。高阻力的目的是及早施加較高的支護(hù)力,強(qiáng)力限制變形,為弱膠結(jié)軟巖巷道變形控制爭取時(shí)間;采用可縮性支護(hù)是由于剛性支護(hù)下支護(hù)結(jié)構(gòu)受力較大,增加了對支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求,而可縮性支護(hù)結(jié)構(gòu)可允許巷道產(chǎn)生一定量的變形,使支護(hù)結(jié)構(gòu)不致由于受力過大而破壞。

4 結(jié) 論

魯新礦井 +570 m軌道石門施工 5個(gè)月以來,巷道穩(wěn)定,支護(hù)后巷道未出現(xiàn)漿皮開裂等現(xiàn)象,多個(gè)斷面的礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,巷道表面變形速率穩(wěn)定在 0.08 mm/d以下。

通過對魯新礦井弱膠結(jié)軟巖巷道的實(shí)踐,認(rèn)為該類巷道支護(hù)應(yīng)該遵循支護(hù) -圍巖受力關(guān)系,采取先 1次主動(dòng)支護(hù)、后 2次被動(dòng)高阻可縮支護(hù)的支護(hù)措施,在把握原則的基礎(chǔ)上合理施工,完全可以保證巷道穩(wěn)定,滿足使用和安全要求。

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2010-09-11)

亓榮強(qiáng) (1963-),男,山東萊蕪人,高級(jí)工程師,碩士,致力于巷道支護(hù)、礦壓觀測及采煤技術(shù)研究,Email:zsh_2003_2003@163.com。