孫暉

【摘 要】本文介紹巷道圍巖破壞機(jī)理和錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)機(jī)理的基礎(chǔ)上，分析深井沿空掘巷主要特征，闡述支護(hù)方式重點(diǎn)。同時(shí)結(jié)合錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)在陳蠻莊礦支護(hù)中成功的實(shí)踐，論證了錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)在深井沿空掘巷支護(hù)中應(yīng)用的可靠性，同時(shí)為同等條件下的支護(hù)應(yīng)用進(jìn)行工程類比借鑒。

【關(guān)鍵詞】圍巖破壞機(jī)理；錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)；支護(hù)機(jī)理

近年來，隨著煤礦開采技術(shù)的不斷提高，煤礦資源開發(fā)深度超過千米，由于地壓大、應(yīng)力高等原因，導(dǎo)致深井掘進(jìn)、支護(hù)困難，返修率高，從而產(chǎn)生底鼓、頂板下沉、兩幫收斂變形、冒頂、片幫等一系列問題。在下區(qū)段工作面回采后，由于頂板巖層的冒落及上覆巖層的移動(dòng)，引起了圍巖應(yīng)力的重新分布，在采空區(qū)兩側(cè)產(chǎn)生側(cè)向支撐壓力，并且由于采空區(qū)邊緣向煤體深處形成了應(yīng)力降低區(qū)、應(yīng)力升高區(qū)和原應(yīng)力區(qū)。但是由于各礦井地質(zhì)條件千差萬別，針對(duì)以上問題，通過對(duì)陳蠻莊煤礦東翼3100采區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)分析，對(duì)3102軌道順槽沿空掘巷巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)巷道的工程地質(zhì)條件

該巷道北鄰3103工作面采空區(qū)，工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱線以東，巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度460m。煤（巖）層為單斜構(gòu)造，煤巖層傾角12～28°平均20°，老頂為6.3m粉砂巖，直接頂為1m泥巖。直接底為0.6m泥巖，老底為8.4m細(xì)砂巖，煤厚平均3.1m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

該巷道掘進(jìn)區(qū)域內(nèi)有DF37正斷層，落差0～6m，對(duì)掘進(jìn)影響較少，采空區(qū)位于巷道傾斜方向下方，因此不受采空區(qū)積水浸泡影響。

2 巷道圍巖的破壞機(jī)理

受應(yīng)力環(huán)境作用，深部巷道圍巖的結(jié)構(gòu)效應(yīng)降低，甚至不起作用，而圍巖的擠壓變形、剪切滑移的塑形屈服破裂膨脹，導(dǎo)致巷道底鼓、斷面收縮。當(dāng)變形發(fā)展到一定程度，就會(huì)發(fā)生片幫或跨冒等現(xiàn)象。最初，變形地壓與阻止圍巖的位移成正比，即支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度越大，變形地壓越大。隨著圍巖變形的增加，其地壓也隨之減少。同時(shí)，圍巖變形釋放的過程也是圍巖本身強(qiáng)度降低的過程。當(dāng)圍巖變形發(fā)展到一定量值時(shí)，圍巖強(qiáng)度發(fā)生惡化，不能自穩(wěn)，從而發(fā)展為松脫地壓，即頂板松脫巖體在自重的作用下發(fā)生跨冒，底板鼓起，兩幫擠進(jìn)。

3 錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)機(jī)理

錨桿支護(hù)具有快速、主動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。在巷道表面圍巖內(nèi)施加預(yù)應(yīng)力錨桿，使巷道表面圍巖由兩向應(yīng)力變?yōu)槿驊?yīng)力狀態(tài)，在其內(nèi)部形成支護(hù)結(jié)構(gòu)。在巷道圍巖變形和應(yīng)力調(diào)整過程中，錨桿與巷道圍巖產(chǎn)生作用與反作用，錨桿的支護(hù)阻力隨之增大。錨桿使在其長(zhǎng)度范圍內(nèi)的巖體內(nèi)部形成具有一定強(qiáng)度和厚度的“壓力拱”來承受地壓，從而大幅度降低圍巖的變形量，使巷道處于穩(wěn)定狀態(tài)。

錨桿加固雖然對(duì)提高圍巖極限強(qiáng)度沒有明顯的效果，但對(duì)提高圍巖破壞后的殘余強(qiáng)度有顯著作用。巷道周圍，錨桿與其錨固范圍內(nèi)的巖體構(gòu)成錨固體，當(dāng)這個(gè)錨固體中的巖體在圍巖集中應(yīng)力作用下發(fā)生破壞時(shí)，其承載能力降低并產(chǎn)生變形，同時(shí)圍巖的集中應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，在此過程中，錨固體通過錨桿約束作用，使塑形破壞后易于松動(dòng)的巖體構(gòu)成具有一定承載能力和適應(yīng)自身變形的錨固平衡拱。

錨索支護(hù)一方面起到懸吊作用，一方面也起到組合加固作用。組合加固與懸吊作用的結(jié)果使巷道上位巖層中的應(yīng)力向煤幫更深轉(zhuǎn)移，從而降低了巷道兩幫與地板中的應(yīng)力。

4 支護(hù)方式

3102軌道順槽斷面為矩形，寬度4500mm，高度3000mm，頂板每排布置7根Q500-20×2400mm高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力左旋無縱筋錨桿+W鋼帶+鋼筋網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)。錨桿間排距750×800mm，錨索“1—2—1”支護(hù)在W鋼帶空檔內(nèi)，錨索Φ17.8mm，錨固力不小于200KN。幫部采用等強(qiáng)螺紋鋼錨桿+W鋼帶+鋼筋網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)，錨桿間排距800×600mm，錨索“三花”布置，分別距頂板1500mm、1000mm打設(shè)在W鋼帶空檔內(nèi)

5 支護(hù)效果

為了掌握3102軌道順槽巷道圍巖活動(dòng)規(guī)律及支護(hù)效果，為今后進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)錨網(wǎng)索支護(hù)的參數(shù)提供依據(jù)，在3102軌道順槽使用“十字”交叉法設(shè)置6個(gè)表面位移測(cè)點(diǎn)以及5個(gè)頂板離層測(cè)點(diǎn)。通過每10天觀測(cè)一次進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，通過數(shù)據(jù)顯示，兩幫表面移近量最大為100mm，如圖可以看出，巷道斷面收斂很小，兩幫變形得到有效控制。頂板下沉量最大為20mm，可見，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)對(duì)巷道頂板取得良好的支護(hù)效果。

6 結(jié)論

6.1 深井沿空掘巷應(yīng)力大，目前屬于支護(hù)較困難巷道類型之一，在頂板條件較好情況下，采用錨網(wǎng)索合理布置，可以對(duì)頂板進(jìn)行有效的控制。

6.2 頂板錨桿能增加頂板下位巖層的完整性，形成“組合拱”，從而形成完整的承壓層。

6.3 錨索錨入深部穩(wěn)定巖層，使淺部與深部形成有效組合，對(duì)頂板及幫部起到較好的加固作用。

[責(zé)任編輯：曹明明]