深部礦井巷道變形原因分析與巷修方案的選擇

劉世陽(yáng)

【摘 要】本文以淮滬煤電公司丁集煤礦為例介紹了深部礦井巷道失修的破壞形式，深入分析了深部礦井巷道失修的原因，并總結(jié)探索出了巷修的支護(hù)理念。如有不足之處還請(qǐng)指正。

【關(guān)鍵詞】丁集煤礦;巷修;支護(hù)

引言

淮滬煤電集團(tuán)丁集煤礦一水平標(biāo)高為-826m，隨著前期一個(gè)高強(qiáng)度集中采區(qū)的開采，采動(dòng)影響造成該地段巷道失修嚴(yán)重，雖經(jīng)多次翻修，仍有部分巷道處于失修狀態(tài);同時(shí)，礦井向深部的延伸，受到高地壓、高應(yīng)力的影響，巷道四周圍巖所承載的壓力隨深度增大，從而不斷加快巷道的變形速度。如何做好巷道的保護(hù)工作，成為了丁集煤礦修護(hù)隊(duì)伍面臨的難題。本文就筆者在丁集煤礦修護(hù)專業(yè)的工作經(jīng)驗(yàn)，談一下深部礦井巷道變形原因分析，及巷道修護(hù)的方案選擇。

1巷道失修破壞形式

1.1原支護(hù)為網(wǎng)架支護(hù)的巷道

（1）幫部側(cè)壓大于頂壓的，巷道失修表現(xiàn)為兩幫內(nèi)擠，形成橢圓型尖頂斷面，巷道斷面寬度縮小幅度增大，達(dá)1.0～2.5m，造成運(yùn)輸、行人安全間隙不足。

（2）頂部壓力大于幫部的，巷道失修表現(xiàn)為頂部下沉，兩肩窩內(nèi)擠，形成“M”型，接著棚梁斷裂，頂部離層增大。

（3）巷道失修表現(xiàn)為棚梁從巷道中間錯(cuò)斷，接著兩肩窩內(nèi)擠棚梁錯(cuò)茬，肩窩形成離層。

1.2原支護(hù)為錨網(wǎng)噴支護(hù)的巷道

（1）巷道失修不嚴(yán)重的表現(xiàn)為頂幫漿皮開裂，剝落，鋼筋網(wǎng)漏筋、彎曲變形，甚至大塊漿皮連著鋼 筋懸吊于巷道頂肩，對(duì)行人及生產(chǎn)形成安全隱患。

（2）巷道失修嚴(yán)重的表現(xiàn)為頂板拱頂大幅度下沉，巷道從肩窩處內(nèi)裂、錯(cuò)斷，出現(xiàn)“馬鞍型”現(xiàn)象，主要是由頂板下沉變形量超過(guò)錨桿（索）允許范圍，引起巷道頂板中部下墜，錨桿崩斷、Φ21.8mm 錨索崩斷，兩肩窩內(nèi)裂，造成巷道支護(hù)失效，頂部離層;圍巖兩幫內(nèi)擠變形，幫部錨桿隨幫位移，10mm厚錨桿托盤崩裂、崩斷，底腳墻體內(nèi)擠伸腿嚴(yán)重，造成斷面縮小，擠壓風(fēng)水管路，安全間隙不夠[1]。

1.3巷道底鼓嚴(yán)重

因采動(dòng)影響及高地壓，巷道所處底板巖性又較為松軟，作用于巷道頂板上的作用力經(jīng)巷幫傳遞到底板，從而使巷道底板變形引起底鼓，底鼓一般在300～600mm，部分巷道達(dá)600～1500mm以上。

2巷道變形原因分析

通過(guò)對(duì)巷道變形與破壞機(jī)理的綜合分析，巷道破壞原因主要有以下幾個(gè)方面：

（1）巷道圍巖性質(zhì)差。礦井井底車場(chǎng)雖布置在砂巖層位，大巷向采區(qū)延伸過(guò)程中，圍巖主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，多為泥質(zhì)膠結(jié)，強(qiáng)度較弱，抗風(fēng)抗水能力差，遇水后易膨脹，崩解，圍巖流變顯著。

（2）巷道布置集中，埋深大。采區(qū)布置兩進(jìn)兩回，煤柱35～40m，聯(lián)巷較多;采區(qū)巷道延伸至-930m，埋藏較深，圍巖應(yīng)力、礦壓大。

（3）圍巖兩幫側(cè)壓不平衡。受礦井后退式集中開采影響，采動(dòng)應(yīng)力集中，采區(qū)系統(tǒng)巷道北側(cè)圍巖承受壓比南側(cè)圍巖大很多，給巷道肩窩、幫部施加一個(gè)扭力，造成巷道扭曲，肩窩處內(nèi)裂、錯(cuò)斷。

（4）巷道支護(hù)形式適應(yīng)性差，后續(xù)加固跟不上。巷道開挖后，圍巖立即松動(dòng)并產(chǎn)生擴(kuò)展裂隙，原來(lái)的支護(hù)僅錨網(wǎng)噴，圍巖得不到及時(shí)加固或加固強(qiáng)度不夠，承載側(cè)壓和底壓能力較弱，造成圍巖失穩(wěn)，致使巷道變形較大。

（5）圍巖松動(dòng)范圍大。受采空區(qū)動(dòng)壓影響，經(jīng)深孔TYGD10巖層鉆孔探測(cè)儀窺視，巷道8m以上的圍巖裂隙仍很發(fā)育。

（6）部分巷道處于地質(zhì)構(gòu)造帶。南翼膠帶機(jī)大巷有一段處在地質(zhì)異常帶中，其巷道圍巖以泥巖為主，其巖石破碎呈比雞蛋小的顆粒狀，多為泥質(zhì)膠結(jié)且膠結(jié)性差，強(qiáng)度較弱，抗風(fēng)、水能力差，遇水后易膨脹，崩解，圍巖流變顯著，致使巷道沒(méi)有生根層位。

3巷道巷修方案選擇

3.1強(qiáng)推錨網(wǎng)噴索主動(dòng)支護(hù) 摒棄網(wǎng)架被動(dòng)支護(hù)

現(xiàn)在井下使用的U型棚多為36U型鋼，其材質(zhì)是Q235鋼材，一般承載力約為180～200kN，按500mm棚距計(jì)算，每米巷道承載力約為40kN;而井下使用的錨桿，為HRB335鋼材，Φ20mm的錨桿屈服力為10.52kN，Φ22mm的錨桿屈服力為12.73kN，5.0m寬巷道每排按14根（Φ20mm）錨桿，每米巷道承載力約為（10×14/0.8）175kN，而Φ22mm的錨索承載力約為35kN。相比而言，錨網(wǎng)索主動(dòng)支護(hù)比網(wǎng)架的被動(dòng)支護(hù)承載力高出4倍多，因此巷修多采用錨網(wǎng)噴索主動(dòng)支護(hù)。

（1）巷修網(wǎng)架支護(hù)的巷道，根據(jù)其服務(wù)工作面情況及其受力變形情況，優(yōu)先采用錨網(wǎng)噴索支護(hù)。

（2）當(dāng)巷道幫頂壓力均很大時(shí)，采用錨網(wǎng)噴索支護(hù);巷道變形量仍很大時(shí)，采用外錨內(nèi)架+注漿的復(fù)合支護(hù)，即先錨網(wǎng)噴索支護(hù)，外套架棚，然后再施工錨索并噴注漿支護(hù)。

3.2剝離巷道離層 強(qiáng)化支護(hù)弱面

對(duì)于錨網(wǎng)噴巷道失修形成的漿皮開裂、剝落，鋼筋網(wǎng)漏筋、彎曲變形，幫頂離層嚴(yán)重的，選擇刷除巷道離層形成的墜兜、幫部伸腿，然后再進(jìn)行錨網(wǎng)噴支護(hù)，最后采用錨索梁或點(diǎn)錨索加注漿強(qiáng)化原支護(hù)失效的幫頂，進(jìn)而有效的控制巷道再次變形。

3.3堅(jiān)持初噴工藝實(shí)施“讓壓”理念

“讓壓”的原理： 深部巷道圍巖自身存在巨大的變形能，通過(guò)一次性高強(qiáng)支護(hù)控制巷道變形能有困難，只有在不破壞圍巖自身承載強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，充分釋放變形能進(jìn)行“讓壓”，最后進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，實(shí)現(xiàn)支護(hù)體穩(wěn)定。在一些巷道擴(kuò)刷后，因圍巖破碎、脫落，易導(dǎo)致錨桿施工失效。應(yīng)選擇先進(jìn)行初噴，用噴射凝土找平破碎圍巖脫落形成的不平整巷道斷面，然后施工錨桿，使錨桿可以密貼巖面，有效發(fā)揮錨桿的支護(hù)作用。在此基礎(chǔ)上。加上滯后注漿、滯后錨 索注漿補(bǔ)強(qiáng)等手段，取得較好的效果。

3.4堅(jiān)持逢修必注

失修的巷道，經(jīng)采動(dòng)影響及地壓作用，圍巖裂隙很發(fā)育，經(jīng)深孔TYGD10巖層鉆孔探測(cè)儀窺視，巷道圍巖裂隙達(dá)8m以上。通過(guò)注水泥漿，使有裂隙的圍巖固結(jié)形成整體，有效抵抗應(yīng)力。堅(jiān)持 只要巷修就必須注漿充填巷道圍巖裂隙的理念，是必要的。

3.5注重底板治理

既要注重幫頂?shù)膹?qiáng)化主動(dòng)支護(hù)，更要注重底板的支護(hù)。底鼓是巷道變形最早的顯現(xiàn)，其根本原因是底板沒(méi)有支護(hù)或支護(hù)強(qiáng)度低。巷道的頂、幫、底的支護(hù)是巷道整體支護(hù)不可或缺的三個(gè)方面，三者相互關(guān)聯(lián)，互相影響。巷道掘后頂幫及時(shí)支護(hù)，形成初期巷道的應(yīng)力平衡。但底板受水、地應(yīng)力的綜合作用，出現(xiàn)底鼓，由于底鼓的不斷增大，巷道初期的應(yīng)力平衡被打破，帶動(dòng)頂幫變形，頂幫變形進(jìn)一步加劇 巷道的底鼓，這樣互相影響最終導(dǎo)致巷道失穩(wěn)破壞。因此，必須注重底板治理。底板治理方法主要有底板注漿+地錨索、底板反拱+地錨索等。

參考文獻(xiàn)

[1]顧文廣，王新等.全封閉錨注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)在軟巖巷道修復(fù)中的應(yīng)用[J].水利采煤與管道運(yùn)輸，2005.（12）：36-37