高地壓隧道卸壓槽與柔性支護(hù)防沖擊地壓技術(shù)

趙謙

摘 ? 要：沖擊地壓是深部井巷工程最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。通過(guò)在完整的巷道底板開(kāi)鑿卸壓槽，人為地形成應(yīng)力集中點(diǎn)，并在卸壓槽內(nèi)充填和巷道表面噴涂新型柔性材料，使開(kāi)巷道施工過(guò)程中巖石中聚集的壓能得到逐步釋放，從而避免了破壞性沖擊地壓的發(fā)生，表明卸壓槽與新型柔性材料相結(jié)合的工藝對(duì)防止巷道沖擊地壓是非常有效的工藝。

關(guān)鍵詞：沖擊地壓 ?卸壓槽 ?柔性材料

中圖分類號(hào)：TD713.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）02（a）-0063-03

Abstract： By digging a pressure relieve groove along the two sides of the floor of a laneway and supporting the ceiling and side wall of the laneway with a newly developed soft material， sudden collapse of the rock during deformation is avoided， rock burst is thereby prevented successfully.

Key Words： Tension relief groove; Rock burst; Soft material

沖擊地壓是深部井巷工程最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。自1738年世界上首次有記錄的沖擊地壓事故發(fā)生在英國(guó)南部斯塔福煤田以來(lái)，沖擊地壓事故記錄頻繁發(fā)生，世界上幾乎所有采礦國(guó)家都有發(fā)生。我國(guó)沖擊地壓是世界上發(fā)生頻繁，災(zāi)害后果最為嚴(yán)重的國(guó)家。隨著開(kāi)采深度和開(kāi)采強(qiáng)度的增加，沖擊地壓災(zāi)害越來(lái)越嚴(yán)重。近幾年來(lái)發(fā)生沖擊地壓的大型礦井己達(dá)數(shù)百個(gè)。

沖擊地壓是由于應(yīng)力超過(guò)煤巖體強(qiáng)度而產(chǎn)生破裂。沖擊地壓發(fā)生時(shí)巖石的應(yīng)力和變形都發(fā)生突變。某項(xiàng)目隧道處于高山底部，其圍巖比較堅(jiān)硬，在施工過(guò)程中引起原始應(yīng)力狀態(tài)破壞后，巷道頂?shù)装宀灰装l(fā)生緩慢的屈服，而是在應(yīng)力達(dá)到其破壞強(qiáng)度以上時(shí)發(fā)生破壞性的突變，兩幫巖石拋出，底板鼓起，支護(hù)嚴(yán)重?fù)p壞，造成沖擊地壓災(zāi)害，對(duì)安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。經(jīng)過(guò)綜合治理，沖擊地壓強(qiáng)度和頻度雖有明顯下降，但仍時(shí)有發(fā)生。防止沖擊地壓發(fā)生，減少巷道底鼓現(xiàn)象，對(duì)保障礦井安全，減少巷修工程量，提高生產(chǎn)效率都有重要意義。

但截止到目前，沖擊地壓的防治仍然以經(jīng)驗(yàn)為主，缺乏有效的理論指導(dǎo)。防治破壞性沖擊地壓的發(fā)生，要較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)沖擊地壓可能發(fā)生的位置和時(shí)間，然后采取適當(dāng)措施解除其威脅。為有效預(yù)防巷道沖擊地壓，減少巷道底鼓而對(duì)生產(chǎn)造成影響，保證巷道的支護(hù)強(qiáng)度和使用功能，開(kāi)展了卸壓槽防沖和柔性支護(hù)相結(jié)合，以減少巷道變形的研究，研究了卸壓槽防沖的參數(shù)及其效果。

1 ?卸壓槽布置及巷道支護(hù)方案

某巷道為砂泥巖巷道，順層布置，其寬為3.3m，高度為3.35m，采用錨網(wǎng)支護(hù)。巷頂部設(shè)三排錨桿，長(zhǎng)度為1.95m，兩幫各三排錨桿，長(zhǎng)1.85m。鋪設(shè)金屬網(wǎng)范圍為兩幫距底板1.65m以上及頂板。

在距離其約30m有一地下工程正在施工，由于兩工程距離近，形成的動(dòng)壓引起該巷道變形，并出現(xiàn)沖擊地壓現(xiàn)象。為減少?zèng)_擊地壓危險(xiǎn)，在巷道底板兩側(cè)布置卸壓槽試驗(yàn)段。卸壓槽距離巷幫約50cm，長(zhǎng)度約為60m，深1m，槽寬325mm。巷幫采用ABT高效復(fù)合材料噴注，其外部混凝土噴漿處理。ABT高效復(fù)合材料為柔性材料，在強(qiáng)大礦壓作用開(kāi)變形，但不易破壞其外部的噴漿層。

卸壓槽內(nèi)同樣充填A(yù)BT高效復(fù)合材料，這樣即使卸壓槽發(fā)生形變，其周邊的巖石也不會(huì)破壞，可有效保護(hù)巷道。巷道支護(hù)及卸壓槽形狀與具體位置見(jiàn)圖1。

巷設(shè)立卸壓槽觀測(cè)站，對(duì)其施工過(guò)程中巷道的變形和壓強(qiáng)變化情況以及該段巷道內(nèi)的應(yīng)力變化進(jìn)行觀測(cè)，研究卸壓槽的防沖效果。

為研究卸壓槽防沖及緩解底鼓效果，觀測(cè)卸壓槽在不同采位時(shí)的槽橫向?qū)挾?、縱向深度值，以及卸壓槽內(nèi)橫向壓強(qiáng)值。在1#、2#槽內(nèi)各布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)布置一套縱、橫向位移和一套壓力檢測(cè)裝置，用來(lái)監(jiān)測(cè)槽內(nèi)位移和壓強(qiáng)的變化值（監(jiān)測(cè)裝置布置方式見(jiàn)圖2）。

2 ?巷道觀測(cè)結(jié)果

卸壓槽觀測(cè)于2016年10月13日開(kāi)始，至2017年1月28日結(jié)束。在此期間，觀測(cè)巷道頂板下沉量小于50mm，巷幫變形也較小，沒(méi)有發(fā)生巷道冒頂、片幫現(xiàn)象及沖擊現(xiàn)象。同時(shí)，分別對(duì)兩個(gè)卸壓槽進(jìn)行定量測(cè)定，共取得146組觀測(cè)數(shù)據(jù)。觀測(cè)結(jié)果如圖3～圖4所示。

圖3左圖為1#卸壓槽1#測(cè)點(diǎn)側(cè)向壓力隨其與采面距離之變化曲線，從圖可以看出，日工作面采至距槽204m時(shí)，側(cè)向壓強(qiáng)值突變?yōu)?MPa，隨后壓強(qiáng)值逐漸增加，2月13日采面距1#卸壓槽67.2m時(shí)，壓強(qiáng)值增長(zhǎng)為13MP，其后壓強(qiáng)表值又降為12MPa。其縱向變形量最大值為-17mm，變形率為1.77%，橫向最大變形量為-12mm，變形率達(dá)3.72%。圖3右圖為1#卸壓槽1#測(cè)點(diǎn)側(cè)向壓強(qiáng)與其與采面距離之間關(guān)系圖?？梢?jiàn)側(cè)向壓力隨采位與槽位距離呈臺(tái)階狀變化，即壓力一步一步地升高到極大值，這一變化規(guī)律與采場(chǎng)支承壓力的變化相同。

1#卸壓槽縱向變形直至1月26日采面距槽14.3m時(shí)，才發(fā)生較大變化，卸壓槽中部縱向變形量-10mm，卸壓槽中部橫向變形量較小，最大值為-2mm。側(cè)向壓強(qiáng)呈臺(tái)階狀上升，最大值為13MPa。

圖4為2#卸壓槽壓強(qiáng)及變形量的變化曲線，可見(jiàn)2#卸壓槽1#位縱向變形量較明顯，16年12月4日當(dāng)采面距2#卸壓槽201.7m時(shí)，卸壓槽縱向測(cè)桿減小10mm，隨后保持不變，到2017年1月20日，當(dāng)采面距2#卸壓槽67m時(shí)，卸壓槽縱向測(cè)桿突然減小30mm，橫向最大變形量為-5mm。側(cè)向壓強(qiáng)最大值為13MPa。2#卸壓槽縱向變形量最大值為-15mm，橫向最大變形量為-23mm;側(cè)向壓強(qiáng)最大值為15MPa。

3 ?結(jié)果分析

開(kāi)掘卸壓槽后，沒(méi)有出現(xiàn)工作面以往常出現(xiàn)的底鼓現(xiàn)象，卸壓槽內(nèi)充填和巷道表面覆蓋了柔性材料后，盡管巷幫變形，但不會(huì)出現(xiàn)片幫和巷道“炸幫”現(xiàn)象，也沒(méi)有出現(xiàn)沖擊地壓現(xiàn)象，說(shuō)明卸壓槽與柔性支護(hù)結(jié)合的工藝起到了良好的防沖作用。

從卸壓槽內(nèi)壓強(qiáng)和形變的監(jiān)測(cè)結(jié)果（圖3～圖4）看：隨著測(cè)點(diǎn)接近工作面，卸壓槽內(nèi)壓強(qiáng)呈臺(tái)階狀增加，最大值在13～15MPa之間，遠(yuǎn)小于未設(shè)卸壓槽處的最大地應(yīng)力，說(shuō)明卸壓槽有效地防減少了開(kāi)采中的應(yīng)力集中。隨著測(cè)點(diǎn)與工作面距離不斷減少，卸壓槽內(nèi)的變形亦呈階梯狀增加，由于采用柔性支護(hù)，巷幫不會(huì)發(fā)生崩塌，僅發(fā)生一系列小的破壞與形變，吸收了巷道集中的壓能，從而有效防止了應(yīng)力過(guò)度集中引起沖擊性破壞。

4 ?結(jié)語(yǔ)

卸壓槽與新型柔性材料支護(hù)相結(jié)合，在完整的巷道底板開(kāi)鑿卸壓槽，人為地形成應(yīng)力集中點(diǎn)，使開(kāi)采引起巷道地壓增加過(guò)程中，使巖石中聚集的壓能得到逐步釋放，從而避免了壓強(qiáng)增大超過(guò)了巷道圍巖強(qiáng)度而突變形成破壞性的沖擊地壓。工程應(yīng)用表明，卸壓槽與新型柔性材料相結(jié)合的工藝對(duì)防止巷道沖擊地壓是非常有效的工藝。

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