深井破碎巷道支護技術研究

張永舉 謝小平 楊漢林 陶德敏

摘 要：針對煤礦深井下破碎巷道圍巖控制問題，經(jīng)理論分析深井下破碎巷道圍巖變形的規(guī)律以及圍巖變形的破壞機理，把西翼軌道運輸大巷作為研究對象，并結合UDEC數(shù)值模擬結果，對巷道圍巖錨桿支護提出對策及可行支護方案，及確定對應巷道的支護參數(shù)，為有相似條件的煤礦巷道支護提供一定的技術參考。

關鍵詞：破碎巷道;錨桿支護;圍巖控制;深井

1 工程概況

采區(qū)煤層的總體為一近水平單斜形態(tài)，總體趨勢是西北較高，東南稍低，傾角一般為3°～5°。試驗巷道位于四采區(qū)的1煤層，地面標高為+1050m，煤層標高為+815m。煤層賦存情況比較穩(wěn)定，但其結構復雜，含1～3層夾矸。煤層埋深235m左右，厚度3～4m，頂板依次為泥巖與砂巖，底板依次為泥巖與白云質(zhì)巖。煤層頂?shù)装寰C合柱狀圖，如圖1所示。

2 破碎圍巖附近巷道支護設

2.1 原支護方案失效原因分析

理論上U29型鋼可縮性支架具有高阻可縮、護表能力強的優(yōu)點，但當前大量使用的直腿半圓拱形支架結構穩(wěn)定性較差，破壞多發(fā)在其連接處，在巷道實際支護中往往其支護作用不能得到充分發(fā)揮，支架便已產(chǎn)生屈服破壞。加之巷道圍巖松散破碎，在對巷道進行翻修后，仍無法改變其破碎圍巖的實質(zhì)，因此巷道難以保證長久穩(wěn)定。

2.1.1 ?U29型鋼支架失效原因分析

從現(xiàn)場觀測情況可知，U29型鋼可縮性支架失效的原因主要是：

（1）連接件的強度不夠，多處發(fā)現(xiàn)螺栓拉斷或螺母滑絲等現(xiàn)象，頂梁與棚腿之間出現(xiàn)張嘴現(xiàn)象，導致頂梁和棚腿發(fā)生相對滑移，引起支架的結構失穩(wěn)，失去了支撐能力。

（2）架間拉桿強度不夠，在U29型鋼可縮性支架發(fā)生變形時，拉桿出現(xiàn)變形、破壞，未能將多個支架連接成一個整體。

（3）由于U29型鋼可縮性支架和巷道壁之間存在較大的縫隙，導致其受力集中現(xiàn)象明顯，承載能力大大減弱，支架局部變形現(xiàn)象嚴重，進而導致了支架的整體失穩(wěn)，這是引起U29型鋼可縮性支架破壞失穩(wěn)的主要原因。

（4）金屬網(wǎng)的強度不夠，在圍巖發(fā)生變形時，多處出現(xiàn)破斷，巖塊掉落現(xiàn)象嚴重，大大降低了其護表能力。

2.1.2 原支護方案失效原因分析

（1）錨桿失效原因

錨桿錨固失效的原因主要是有以下幾種：錨固劑破裂失效、錨桿和錨固劑的粘結面破裂失效、錨固劑和巷道圍巖粘結面的破裂失效、錨桿被拉斷等。錨桿的錨固劑一般不會失效。但當巷道圍巖處于較破碎狀態(tài)，圍巖整體性較差，單個錨桿支護后形成的有效錨固范圍半徑變得很小，圍巖局部表面未形成擠壓圈或圍巖變形很大而產(chǎn)生貫通裂隙，致使錨桿無法加固其理論范圍內(nèi)的圍巖，圍巖仍然處于松散的狀態(tài)，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)多根錨桿掉出，無法起到應有的錨固圍巖作用。隨著時間的增加，最終引起巷道整體失穩(wěn)。這便是該煤礦西翼軌道大巷錨桿失效的主要原因。錨桿失效示意圖如圖2所示。

（2）混凝土噴層失效原因

由于巷道收斂情況嚴重，而混凝土噴層由于其剛度較大，不能適應大的變形，導致其發(fā)生破斷、冒落等現(xiàn)象，不僅影響了施工的安全，而且將巷道圍巖重新裸露在空氣中，加速了泥巖的風化、泥化。

2.2 破碎巷道支護設計

根據(jù)礦區(qū)的地質(zhì)條件、巷道的斷面尺寸、施工的現(xiàn)有條件及生產(chǎn)技術條件，綜合上述分析，初略確定頂錨桿采用Φ20×2200mm左旋螺紋鋼的錨桿，間排距為650×750mm;幫錨桿采用Φ18×2000mm的圓鋼錨桿，間排距為700×750mm;幫網(wǎng)及頂網(wǎng)采用菱形的金屬網(wǎng)。托盤采用120mm×120mm×8mm和150mm×150mm×5mm的鐵托盤。若巷道出現(xiàn)底臌現(xiàn)象時還應在幫底補打錨桿。參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場情況作適當?shù)男拚?。巷道斷面與錨桿的初步設計布置如圖3所示。

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作者簡介：

張永舉（1996-），男，漢族，貴州六盤水市人，在讀本科學生，主要從事采礦工程專業(yè)方面的學習和研究。

謝小平，貴州六盤水市鐘山區(qū)明湖路六盤水師范學院

基金項目：貴州省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目