深埋準(zhǔn)備巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)計

黃賀軍

（華能云南滇東礦業(yè)分公司白龍山煤礦一井工程科，云南 富源 655508）

1 支護(hù)難點分析

根據(jù)1015軌道大巷地質(zhì)條件和前階段支護(hù)效果，該巷道支護(hù)主要存在以下技術(shù)難題：

（1）巷道埋深大

淺部巖體多數(shù)處于彈性應(yīng)力狀態(tài)，但進(jìn)入深部以后多數(shù)巷道受"三高"和"一擾動"的作用，使深部巷道圍巖的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了明顯變化，從而表現(xiàn)出其特有的力學(xué)特征現(xiàn)象淺部表現(xiàn)為普通堅硬的巖石在深部可能表現(xiàn)出大變形、難支護(hù)的軟巖特征，即多數(shù)深部巖體處于塑性、粘塑性、流變的潛在破壞狀態(tài)下。在深部下巷道一旦被開挖，巖體原有的三向平衡應(yīng)力狀態(tài)被打破，很快產(chǎn)生碎脹變形破壞，造成巷道周邊破碎巖體增多、巷道支護(hù)困難等一系列問題，導(dǎo)致災(zāi)害事故增多，如大面積來壓、冒頂、大變形且長期處于流變狀態(tài)、沖擊地壓等，明顯不同于淺部巖體表現(xiàn)出來的力學(xué)特性，導(dǎo)致深部巷道維護(hù)十分困難。

（2）該上山為礦井主要巷道，服務(wù)年限相對較長，對變形控制要求高；

（3）巷道高度大，施工控頂難度大，打眼、安裝錨桿、錨索等工序操作相對困難，部分地段存在淋水現(xiàn)象，對施工隊伍的操作水平、施工質(zhì)量和現(xiàn)場的管理水平等要求相應(yīng)較高。

2 支護(hù)的原則

2.1 提高圍巖殘余強(qiáng)度的原則

由于深井巷道在低圍壓、高應(yīng)力差作用下，圍巖普遍處于巖石峰后殘余強(qiáng)度階段，提高圍巖殘余強(qiáng)度主要有三個技術(shù)途徑：

（1）提高支護(hù)阻力

由于支護(hù)阻力是支架對圍巖提供的一個圍壓，使巷道周邊圍巖從二向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為三向應(yīng)力狀態(tài)，從而提高圍巖的殘余強(qiáng)度。

（2）錨桿加固圍巖

圖1 錨桿力學(xué)機(jī)理

實驗證明，錨桿能利用其錨固力將破碎圍巖錨固起來，在錨固劑作用下，將錨桿桿體周圍的破碎巖塊組合成串，使破碎巖塊膠結(jié)成鋼筋巖柱(見上圖1)，并且在托錨力的作用下對圍巖提供一定的圍壓，使破裂巖體由原來的二向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為三向應(yīng)力狀態(tài)，從而恢復(fù)和提高了破裂圍巖的殘余強(qiáng)度，形成具有較高承載能力和可塑性的錨固層。錨桿錨固力大、密度高、這種加固作用就越明顯。

（3）注漿加固。破碎嚴(yán)重的巖體，單純依靠錨桿加固不能滿足要求時，采用注漿加固能提高松動破碎圍巖強(qiáng)度。注漿方式可采用單獨注漿或采用外錨內(nèi)注的"錨注式"錨桿。

2.2 充分發(fā)揮圍巖承載能力的原則

充分發(fā)揮圍巖的承載能力，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）二次支護(hù)

理論和實踐證明，深井巷道采用一次強(qiáng)阻力剛性支架來維護(hù)圍巖是不適應(yīng)深井巷道初期變形量大、變形速度快的特點，應(yīng)采用二次支護(hù)原則。一次支護(hù)主要是加固圍巖，提高其殘余強(qiáng)度，在不產(chǎn)生過度膨脹、剪脹變形的條件下，利用二次支護(hù)使圍巖應(yīng)力以變形的形式得到釋放。

（2）調(diào)動巷道深部圍巖

巷道開挖雖然擾動圍巖，但其范圍是有限的，巷道深部圍巖強(qiáng)度比淺部圍巖強(qiáng)度明顯要高。因此巷道深部圍巖對于深井巷道圍巖的控制是一種豐富的可利用資源，有關(guān)學(xué)者提出了調(diào)動深部圍巖強(qiáng)度控制深井巷道地壓的思想。通過研究發(fā)現(xiàn)，將一定長度的錨索在適當(dāng)?shù)牟课诲^入深部圍巖，調(diào)動深部巖體強(qiáng)度后，能很好地改善圍巖的應(yīng)力狀況和圍巖的自身性能。通過錨索使深部巖體有效地承擔(dān)了淺部圍巖的荷載，控制圍巖的大變形。

（3）噴射砼

封閉暴露面的主要方法是采用噴層支護(hù)，即在巷道圍巖暴露后立即向巷道周壁噴射能快速硬化的砂漿或混凝土，以便在巷道周壁上形成保護(hù)層，其作用不僅可以減少環(huán)境對圍巖表面的破壞，防止圍巖新暴露面風(fēng)化吸潮，還可防止個別離層和松動巖塊突然冒落，此外，一定厚度的噴層對圍巖也起支撐和加固作用，有利于使圍巖保持穩(wěn)定狀態(tài)。

2.3 巷道圍巖弱結(jié)構(gòu)控制的原則

巷道開挖后，兩幫及頂?shù)装遄冃纹茐牟⒉皇蔷鶆虻模鞘紫葟南锏滥骋粋€或者某幾個部位開始變形破壞，從而導(dǎo)致整個巷道的支護(hù)體失穩(wěn)，巷道圍巖首先從弱結(jié)構(gòu)開始破壞，這些首先破壞的部位稱為支護(hù)的"關(guān)鍵部位"。一旦巷道支護(hù)體的強(qiáng)度、剛度及可縮量不適應(yīng)巷道弱結(jié)構(gòu)部位的變形時，就會發(fā)生破壞，然后導(dǎo)致其它部位破壞，最終使巷道圍巖破壞失穩(wěn)。長期以來，巷道支護(hù)一直習(xí)慣于巷道全斷面均勻支護(hù)，實踐證明這是不合理的，應(yīng)該針對巷道的弱結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，使巷道圍巖應(yīng)力分布趨于均勻，而達(dá)到良好的控制效果。

31015 軌道大巷支護(hù)方案

根據(jù)現(xiàn)場測試結(jié)果、圍巖狀況和上述要求，較為理想的支護(hù)方案應(yīng)為"一次錨網(wǎng)噴（讓壓變形）+二次錨索和錨注（圍巖結(jié)構(gòu)強(qiáng)化）"分步加強(qiáng)聯(lián)合支護(hù)方式。其中在巷道破碎帶采用"架棚（讓壓變形）+二次錨索和錨注（圍巖結(jié)構(gòu)強(qiáng)化）"分步加強(qiáng)聯(lián)合支護(hù)方式。設(shè)計支護(hù)示意圖如下：

（1）一次支護(hù)：

圖2 一次錨網(wǎng)噴支護(hù)斷面示意圖

圖3 二次支護(hù)錨索布置示意圖

（3）巷道注漿

注漿順序：從底角眼孔開始注漿，盡可能低壓注漿，依次向上注漿充填滿。

圖4 注漿孔布置示意圖

結(jié)語

針對1015軌道大巷深埋壓力大、服務(wù)年限長、巷道高度大等支護(hù)難點，結(jié)合提高圍巖殘余強(qiáng)度、充分發(fā)揮圍巖自承載能力及巷道圍巖弱結(jié)構(gòu)控制原則，提出1015軌道大巷掘進(jìn)時分步加強(qiáng)聯(lián)合支護(hù)方案，為類似條件下巷道支護(hù)設(shè)計提供參考。

[1]何滿潮，謝和平，彭蘇萍等.深部開采巖體力學(xué)研究 [J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006，24(16)：2803-2813.

[2]陳登紅，華心祝，李英明.復(fù)雜條件下回采巷道圍巖控制綜合技術(shù)研究 [J]煤炭科學(xué)技術(shù)，2010，38(12)：14-21.