深部軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究

戰(zhàn)陽

摘要：隨著煤炭行業(yè)不斷發(fā)展，淺部煤炭資源日益減少，煤炭開采深度不斷增加，礦井逐漸進(jìn)入深部資源開采階段。隨著開采深度增加，巷道圍巖在“三高一擾動(dòng)”的復(fù)雜力學(xué)環(huán)境下，巷道表現(xiàn)出底臌嚴(yán)重、兩幫移近量大，支護(hù)困難，給深部應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。目前，深部軟巖工程已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。研究軟巖巷道支護(hù)技術(shù)，最佳支護(hù)時(shí)段，對(duì)控制巷道變形，保證礦井安全生產(chǎn)，開采深部煤炭資源的具有重要意義。

關(guān)鍵詞：深部;高應(yīng)力;軟巖;最佳支護(hù)時(shí)段;聯(lián)合支護(hù)

引言：巷道支護(hù)主要是采取有效方法對(duì)圍巖進(jìn)行加固，改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，控制圍巖變形。支護(hù)形式改變單一支護(hù)，采用聯(lián)合支護(hù)，提高圍巖的整體強(qiáng)度，改善巷道圍巖的承載能力，有效控制巷道變形，達(dá)到控制巷道圍巖變形的目的，提高了軟巖支護(hù)效果。

1. 軟巖巷道特征

根據(jù)圍巖松動(dòng)圈理論，巷道開挖破壞了原應(yīng)力狀態(tài)，造成圍巖應(yīng)力場(chǎng)重新分布，在其周圍形成破碎區(qū)、塑性區(qū)和原巖應(yīng)力區(qū)，區(qū)域大小與圍巖巖性及巷道斷面大小有關(guān)。深部高應(yīng)力軟巖巷道開挖，破壞了圍巖的整體性，應(yīng)力向其周圍釋放，巖體的承載力下降，如果支護(hù)不及時(shí)，巷道變形破壞嚴(yán)重，頂板下沉量增大。軟巖巷道開挖初期表現(xiàn)出變形速率大的特征。巷道掘進(jìn)引起應(yīng)力重新分布，且速度快。如果支護(hù)不及時(shí)，容易發(fā)生冒頂、片幫等事故。在高應(yīng)力環(huán)境下軟巖的承載力大大降低，軟巖巷道變形表現(xiàn)出時(shí)效性。初期來壓快，自穩(wěn)時(shí)間短，由于巖體松軟，流變時(shí)間長(zhǎng)，增加了巷道支護(hù)難度和維護(hù)費(fèi)用。

2. 軟巖巷道支護(hù)技術(shù)

2.1 軟巖巷道支護(hù)原理

軟巖巷道支護(hù)在于提高巷道圍巖的自承能力。為有效控制圍巖變形，提高巷道穩(wěn)定性，要根據(jù)圍巖屬性，分析其來壓規(guī)律，及時(shí)調(diào)整支護(hù)技術(shù)，使支護(hù)結(jié)構(gòu)及其技術(shù)不斷適應(yīng)圍巖變形活動(dòng)規(guī)律。為有效控制巷道圍巖變形，提高巷道整體性。應(yīng)改變傳統(tǒng)的單一支護(hù)結(jié)構(gòu)，采用耦合支護(hù)，錨注結(jié)構(gòu)、二次支護(hù)等技術(shù)。同時(shí)綜合考慮，采取卸壓、加固和支護(hù)相結(jié)合的方法，充分卸掉高應(yīng)力區(qū)的壓力，對(duì)大變形區(qū)進(jìn)行讓壓處理，整體加固松軟破碎的區(qū)域。再者，對(duì)巷道圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

2.2 軟巖巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

巷道支護(hù)在于控制圍巖的破脹變形。采用單一支護(hù)方式效果差，無法保證煤礦的安全生產(chǎn)。因此，根據(jù)巷道地質(zhì)條件、開挖斷面、服務(wù)年限、支護(hù)材料強(qiáng)度等因素，選擇合理的支護(hù)方案，有效控制圍巖變形，現(xiàn)針對(duì)軟巖巷道采取的支護(hù)技術(shù)加以說明。（1）錨桿（索）網(wǎng)+鋼帶+梯形棚聯(lián)合支護(hù)。采用先讓后強(qiáng)的思想，有效的結(jié)合了傳統(tǒng)剛性支護(hù)和柔性支護(hù)。巷道開挖初期采用錨桿網(wǎng)+鋼帶支護(hù)，提高巷道圍巖的強(qiáng)度，控制圍巖變形。待變形穩(wěn)定后，采用架棚剛性支護(hù)，為圍巖提供支護(hù)阻力，有效控制巷道變形。（2）錨網(wǎng)噴二次支護(hù)。軟巖巷道圍巖的自身承載能力較差，加重了支護(hù)結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，必須通過有效的方法提高圍巖強(qiáng)度，改善圍巖的承載能力，提高支護(hù)效果。巷道開挖后首先進(jìn)行錨索網(wǎng)支護(hù)。然后，噴射混凝土封閉暴露的巷道圍巖，與錨索共同形成承載環(huán)，既改變了圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，又可以讓巷道圍巖壓力充分釋放，最后對(duì)巷道進(jìn)行二次噴漿支護(hù)。（3）錨索網(wǎng)+U型棚聯(lián)合支護(hù)。巷道頂板比較復(fù)雜的情況下，采用錨索+梁+網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)的方式。根據(jù)懸吊理論，首先將錨索錨固到上覆穩(wěn)定巖層中，提高巷道圍巖的穩(wěn)定性。然后再安裝支護(hù)梁，提高圍巖整體性，進(jìn)一步改善支護(hù)效果。同時(shí)，在兩幫的棚腿安裝錨桿，提高兩幫支護(hù)強(qiáng)度。

2.3 支護(hù)方案選擇

綜合已有研究結(jié)果，軟巖巷道的頂板變形較為顯著，同時(shí)其上覆巖層中關(guān)鍵層位置較高，很難形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。基于此，若選擇常規(guī)的錨桿支護(hù)很難滿足此地質(zhì)條件下的支護(hù)需求，普通錨桿無法達(dá)到其穩(wěn)定性需求，導(dǎo)致支護(hù)成本增加，而錨網(wǎng)索支護(hù)方式能夠有效保護(hù)上覆巖層中的破碎結(jié)構(gòu)，有效解決了傳統(tǒng)錨桿支護(hù)距離較短的缺陷。軟巖巷道的破碎區(qū)域較大[1]，有效的支護(hù)是保證安全生產(chǎn)的前提。綜合多方面因素，本研究選用錨索+金屬網(wǎng)、幫部錨桿聯(lián)合支護(hù)方式。根據(jù)相關(guān)理論計(jì)算，最終確定支護(hù)所選用的錨桿規(guī)格為D22mm×3500mm，布置過程中錨桿間排距設(shè)置為800mm，錨桿扎入時(shí)向上傾斜4°，向下傾斜15°。巷道幫部安設(shè)900mm×1500mm的鐵絲網(wǎng)與錨桿相結(jié)合完成支護(hù)工作。支護(hù)選用的鐵絲網(wǎng)直徑為D0.55mm，網(wǎng)孔規(guī)格為50mm×50mm，單獨(dú)鐵絲網(wǎng)之間連接寬度為100mm，連接間距為200mm。連接幫部的鐵絲采用雙股的14號(hào)鐵絲，同時(shí)配合使用14號(hào)長(zhǎng)度為2800mm的槽鋼，進(jìn)一步保障支護(hù)的效果.

3 最佳支護(hù)時(shí)間和最佳支護(hù)時(shí)段

3.1 最佳支護(hù)時(shí)間

即可以使（PR+PD）同時(shí)達(dá)到最大的支護(hù)時(shí)間，其中PR為圍巖支承力，PD為以變形轉(zhuǎn)化的工程力，其意義如圖1所示。圖中顯示，（PR+PD）～t曲線最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間TS就是最佳支護(hù)時(shí)間。同時(shí)，該點(diǎn)也是PD～t曲線和PR～t曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。

3.2 最佳支護(hù)時(shí)間段

實(shí)際工程中難以準(zhǔn)確掌握最佳支護(hù)時(shí)間[2]，所以采用最佳支護(hù)時(shí)間段的概念，其意義如圖2所示。只要在最佳支護(hù)時(shí)間TS附近對(duì)巷道進(jìn)行永久支護(hù)，基本上可以使PD和PR同時(shí)達(dá)到優(yōu)化意義上的最大。這樣，（PR+PD）→MAX也就自動(dòng)滿足。

結(jié)論：

簡(jiǎn)而言之，隨著煤礦開采深度的不斷增加，巷道在高應(yīng)力的復(fù)雜力學(xué)環(huán)境中，圍巖松軟破碎，巷道變形量大，難以控制，給礦井安全生產(chǎn)提出了更高的要求。通過研究深部高應(yīng)力軟巖巷道的變形特征及最佳支護(hù)時(shí)段，改變傳統(tǒng)單一支護(hù)的局限性，提出了軟巖巷道的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，能夠有效的控制圍巖變形，提高巷道的穩(wěn)定性，保障煤礦安全生產(chǎn)[3]。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張宏偉，趙象卓，韓軍，等.極近距離煤層重復(fù)采：動(dòng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2018，37（2）：225-231.

[3]金珠鵬.沙坪礦近距離煤層開采覆巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律及圍巖變形機(jī)理研究[D].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2018.