軟巖礦區(qū)支護(hù)方式和效果評估分析

楊中星

摘 要：文章通過對山東某礦區(qū)巷道的變形機(jī)理和支護(hù)方式的研究，加強(qiáng)了技術(shù)管理和工程質(zhì)量管理，根據(jù)不同地方的地質(zhì)特點(diǎn)，因地制宜，對這軟巖工程采取了相應(yīng)的綜合治理措施，不論是對巷道的維護(hù)還是水平的延伸，都起到了十分重要的作用?！叭洝钡V井巷道的研究成果解決了礦井支護(hù)安全的一系列問題，同時(shí)也為企業(yè)節(jié)省了很多資金，還為全國其他地區(qū)提供了相應(yīng)的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為礦井的安全生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：軟巖礦區(qū)；支護(hù)方式；巷道治理；效果評價(jià)

中圖分類號：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）26-0175-01

山東某礦區(qū)是典型的軟巖礦區(qū)在過去的支護(hù)過程中，有些支護(hù)方式適合上一水平的支護(hù)，但是到了下一水平支護(hù)方式就變得不適用了。本文對軟巖礦區(qū)額支護(hù)方式進(jìn)行了分析，并就效果進(jìn)行相關(guān)評價(jià)。

1 支護(hù)存在的主要問題

1.1 支護(hù)設(shè)計(jì)理論不當(dāng)

之前的設(shè)計(jì)理論都是沿用傳統(tǒng)觀念上的淺部線性設(shè)計(jì)，但是當(dāng)開采深度達(dá)到300 m以上時(shí)，這些理論就變得完全不適應(yīng)該水平的支護(hù)了，而正確的選擇是采用非線性的變形理論設(shè)計(jì)。深部的圍巖處于三向應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)力也隨之增高，所以要選擇對應(yīng)的力學(xué)研究方法制定出與之適應(yīng)的支護(hù)方法。在材料的選用上也極為重要，不能完全是剛性的支護(hù)結(jié)構(gòu)，因?yàn)橄锏雷冃未?，這些材料必須具備較大的變形性能，而且與圍巖間還要有耦合的作用，面對這樣的軟巖工程，發(fā)揮不同材料的長處，將其耦合，才可以達(dá)到預(yù)期效果。

1.2 支護(hù)技術(shù)有局限

該海域軟巖力學(xué)特性具有變形大，易破碎流變，而面對這樣的支護(hù)問題又必須采用非線性軟巖大變形的方法，這是很困難的。在支護(hù)設(shè)計(jì)和實(shí)施現(xiàn)場，過程的相關(guān)性是要考慮的一個(gè)重要因素，各種不同方法同時(shí)上馬，就不能達(dá)到耦合的作用。

2 巷道支護(hù)方式

2.1 錨、網(wǎng)、噴支護(hù)

這種支護(hù)常采用直徑為16 mm，長度為2 240 mm的金屬圓鋼麻花錨桿，用樹脂進(jìn)行端頭錨固，托盤采用鑄鋼，錨桿在巖面按照600×600 mm的菱形布置，鋼筋網(wǎng)采用冷拔電焊鋼筋，直徑為4 mm，網(wǎng)格是100×100mm的正方形網(wǎng)格，噴厚為110 mm，噴射材料為200號混凝土。

2.2 錨、網(wǎng)、粱、噴聯(lián)合支護(hù)

這種支護(hù)方式適合于頂板壓力較大、初始變形劇烈、側(cè)壓力小的地方，在錨網(wǎng)支護(hù)后，噴射混凝土，在巷道頂板布置錨粱。一般采用3～3.8 m的U型鋼，有的也采用11號工字鋼，3 m長曲率半徑為2.4～3.4 m，每根錨粱可以用4組8根金屬錨桿進(jìn)行固定，錨粱的間距通常為0.7～1.0 m。

2.3 錨網(wǎng)噴與混凝土澆注聯(lián)合支護(hù)

這種支護(hù)屬于全斷面封閉支護(hù)，它適用于圍巖穩(wěn)定性較差的巷道的交叉點(diǎn)，當(dāng)變形壓力得到釋放后，再用混凝土澆注，施工距離保持在25～45 m的范圍內(nèi)。它具有許多優(yōu)勢，比如支護(hù)強(qiáng)度大，控制圍巖變形的效果也不錯(cuò)。

2.4 煤巷注漿加固支護(hù)

這是一種配合其他支護(hù)的主動支護(hù)，它通過對圍巖進(jìn)行注漿加固，是巷道自承能力大幅度提高，因?yàn)樵谠S多沿煤巷掘進(jìn)的巷道，受采動或者構(gòu)造的影響，巷幫破碎失穩(wěn)，其具體方法是用滯后迎頭打注漿錨桿進(jìn)行注漿，滯后的距離大約保持在30 m左右，鉆孔間距按1.2 m×1.2 m來布置?？咨疃缺３衷?.4～1.6 m，注漿泵的壓力保持在5 MPa左右，它適用于原生裂隙發(fā)育而塑性變形后又產(chǎn)生次生裂隙的巷道。

2.5 料石砌碹噴漿支護(hù)

這種支護(hù)也是一種封閉式支護(hù)，原材料為料石和砂漿，把這些原材料做成一個(gè)圓形的支護(hù)體，在這個(gè)支護(hù)體周圍布置木磚，還要在碹體外噴射3～6 mm的混凝土。它的優(yōu)勢在于可以廣泛運(yùn)用于開拓和穩(wěn)定性一般的巷道中。

3 軟巖巷道的治理措施

3.1 在穩(wěn)定巖層中布置巷道

由礦區(qū)巷道的巖石力學(xué)特性分析得到，巖層中所含粘土礦物成分，膠結(jié)材料和時(shí)間不同，彈塑性變和流變也不同。巷道遇風(fēng)，遇水泥化，如果不及時(shí)封閉巷道，當(dāng)其變形超過彈性塑變的極限時(shí)，就變成流變，巷道就很不容易施工。在現(xiàn)行情況下，較穩(wěn)定的油頁巖和煤層是巷道布置的合理場所。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面考慮，將主要巷道布置在巖石中最為合理。

3.2 嚴(yán)格執(zhí)行施工工藝

井下施工的擾動必定會引起應(yīng)力的重新分布，巷道和支承結(jié)構(gòu)受力有外在因素和人為因素，在爆破過程中，因?yàn)槠渚哂邢喈?dāng)大的震動效應(yīng)，導(dǎo)致巖石松散破碎，而且掉落的巖石形成大小不同、凹凸不平的坑，這就造成應(yīng)力集中的現(xiàn)象，加速了巖層的破碎。如果不采用爆破的形式而選用風(fēng)鎬，雖然在落巖方面比較費(fèi)力和困難，但這種方法幫保持巷道的穩(wěn)定。在洼里礦的馬頭門施工中可以看到，因當(dāng)時(shí)采用了風(fēng)鎬掘進(jìn)落巖，澆灌鋼筋混凝土，保存的很完好。（下轉(zhuǎn)178頁）（上接175頁）

3.3 選擇合適的巷道斷面

在軟巖巷道中，底鼓和兩幫移近是極其常見的，所以首先做到對這兩方面的防治。底鼓可以做底拱，對于兩幫移近和兩肩出現(xiàn)的裂隙，要及時(shí)進(jìn)行維修，否則會出現(xiàn)片幫冒頂?shù)默F(xiàn)象。在軟巖巷道里面所受的壓力是來自四周的，而不是某一個(gè)固定的方向，因此要選用全封閉式的支護(hù)，斷面形式通常采用有底拱的直墻半圓拱。

4 巷道綜合治理對策

巷道施工中要留有一定的卸壓空間，當(dāng)巷道在承受高應(yīng)力時(shí)可以向深部轉(zhuǎn)移，使二次支護(hù)受力變小。根據(jù)來壓周期以及礦壓觀測數(shù)據(jù)，明確二次支護(hù)的時(shí)間，選擇的主要巷道要避開斷層和破碎地帶。根據(jù)該礦區(qū)的地質(zhì)條件，基本可以采用錨網(wǎng)噴的支護(hù)形式，可以選用直徑為18 mm，長2 250 mm的錨桿；鋼絲網(wǎng)可以選用直徑為4 mm的冷拔，頂及兩腮雙層網(wǎng)，兩幫單層網(wǎng)；錨粱選用11號礦用工字鋼或者U25型鋼制作，弧長3 100 mm，間距600～800 mm?？梢圆捎米{加固、合理確定停采線、增強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度等方法來減小動壓對巷道的擾動影響。順槽間留設(shè)一定寬度的煤柱，避開支撐壓力的高峰期，巷道的供排水一定要合理，避免因巷道內(nèi)水的問題導(dǎo)致巷道底鼓。應(yīng)根據(jù)具體的地質(zhì)條件，合理選擇相應(yīng)的控制手段，修改支護(hù)方式，加強(qiáng)監(jiān)測監(jiān)控對支護(hù)和修復(fù)要及時(shí)。對于礦井的開拓延伸工作，要選擇合理的開拓延伸方式，不要選擇支護(hù)困難的地方。根據(jù)區(qū)域構(gòu)造，節(jié)理發(fā)育，合適的確定巷道密度，還要減少巷道密度，在該煤礦的第四號煤層的一個(gè)采區(qū)中，對于底部巷道的設(shè)計(jì)，井底車場和皮帶上山之間布置變電所，這樣使巷道密度最小。

5 結(jié) 語

根據(jù)對該礦區(qū)的具體問題的分析，筆者姑且得到一些關(guān)于巖石的變形機(jī)理和支護(hù)方式，對于巖石的變形特性有：①礦區(qū)圍巖的自穩(wěn)性差，強(qiáng)度低；②礦區(qū)軟巖的變形速度快；③圍巖變形時(shí)間效應(yīng)長；④圍巖受構(gòu)造和施工擾動影響大。

就導(dǎo)致該海域軟巖巷道大變形的因素是多種多樣的，也是多種因素共同作用的結(jié)果，而并非純粹的單一因素起主導(dǎo)作用，在工程施工以前，必須做好地質(zhì)勘探的準(zhǔn)備工作，海域勘探還不同于陸地勘探，如果采用鉆探，則還要在海上設(shè)立鉆井平臺。摸清地質(zhì)構(gòu)造，也要了解關(guān)于海水影響的問題。

一些關(guān)于支護(hù)方式的辦法，根據(jù)實(shí)際情況采用不同的支護(hù)方法可以達(dá)到較好的支護(hù)效果，這些支護(hù)方法包括：①錨、網(wǎng)、噴支護(hù)；②錨、網(wǎng)、粱、噴聯(lián)合支護(hù)；③錨網(wǎng)噴與混凝土澆注聯(lián)合支護(hù)；④煤巷注漿加固支護(hù)；⑤料石砌碹噴漿支護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 饒小明.軟巖巷道支護(hù)方案選取以及數(shù)值模擬研究[D].長沙：中南大學(xué)， 2011.