石建軍，王金國

(1.華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院，北京東燕郊 101601;2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京100083;3.禾草溝煤礦，陜西延安 717306)

0 前言

我國每年新掘巷道總長約2萬km，是一項浩大的地下工程。由于巷道所處地層條件復(fù)雜多樣，圍巖性質(zhì)千差萬別，且多數(shù)巷道在服務(wù)年限內(nèi)還要經(jīng)受各種采動的影響，所以巷道維護難度不一，大部分巷道維護難度較大。一條巷道采用單一的支護工藝、支護參數(shù)是不能滿足生產(chǎn)要求的。因此研究分析巷道的變形機理和適合的支護形式，有助于降低支護成本，保證巷道斷面尺寸，提高圍巖的穩(wěn)定性。確定經(jīng)濟合理的支護參數(shù)以及實用高效的施工工藝有助于在經(jīng)濟和安全間找到一個最佳的結(jié)合點［1－5］。

1 開采技術(shù)條件

中煤礦區(qū)禾草溝井田整合區(qū)位于陜西省延安市子長縣城西南18 km(直距)處。主要可采煤層為5號煤層，區(qū)內(nèi)東部大范圍分布，平均厚2.19 m，5號煤層直接頂板在區(qū)內(nèi)主要為油頁巖，局部為粉砂巖。巖石飽和抗壓強度一般為3.04～54.34 MPa，平均19.09 MPa，軟化系數(shù) 0.15 ～0.76，屬軟巖～較堅硬巖石，但其中油頁巖易崩解為不堅固巖石(Ⅰ)。5號煤層底板以泥質(zhì)粉砂巖和泥巖為主，個別底板為細粒砂巖和中粒砂巖，巖石飽和抗壓強度一般為 5.74 ～38.18 MPa，平均18.12MPa，軟化系數(shù)0.16 ～0.72，屬軟巖 ～較堅硬巖石。

2 原支護設(shè)計

試驗巷道50101輔運巷原設(shè)計支護方案如下參見圖1。

頂板:六根 Φ20×2400 mm等強錨桿，排距900 m，間距800 mm;

錨索:排距 1800 mm，間距 1600 mm，長度7.3 m。

圖1 巷道原支護方式

在實際使用過程中，原支護方案巷道變形嚴重，滿足不了使用要求，需要重新進行分析和設(shè)計，采用及時支護。

3 試驗巷道頂板巖層結(jié)構(gòu)探測

3.1 探測設(shè)計

根據(jù)研究的目的和現(xiàn)場具體情況，設(shè)計需要準(zhǔn)確掌握巖層結(jié)構(gòu)的位置，在試驗巷道頂板進行大面積探測。在相應(yīng)位置采用YS(B)型巖層窺視儀是用來觀察錨桿孔或其它小直徑工程鉆孔內(nèi)部構(gòu)造的儀器。它由探頭、光電纜、液晶顯示、控制及防爆電源等幾部分組成。工作時將探頭放在鉆孔中，孔壁物質(zhì)的圖像經(jīng)光路變換進入圖像傳感器，再放大后產(chǎn)生全電視信號，送至控制單元，作信號處理后顯示在液晶顯示屏上。此時調(diào)節(jié)控制光源強度，使圖像清晰，從而達到觀測的目的。觀測探桿的刻度，就可確定圖像在鉆孔中的位置，如圖2所示。

圖2YS(B)鉆孔窺視儀

3.2 頂板鉆孔窺視結(jié)果分析

通過對巷道4個鉆孔窺視結(jié)果的分析，可以發(fā)現(xiàn)，50101工作面切眼的主要離層有兩層，第一層離層發(fā)生在頂板往上1.5m～2.4m之間，該離層是巷道頂板的主要離層，在進行巷錨桿支護時應(yīng)充分考慮到該離層的影響;第二層離層發(fā)生在頂板往上6.5m～8.5 m之間，該離層破碎帶雖然厚度較大，但破碎并不嚴重，頂板仍具有一定的強度，在進行錨索支護時應(yīng)考慮這層的影響，窺視結(jié)果如下:

鉆孔1位于冒頂位置處，孔深8 m，由于頂板破碎實際測試深度為6.5 m，窺視結(jié)果顯示在1.5 m處有一層嚴重破碎帶，再向深處，巖石較為完整，中間有縱向裂隙;在5.5 m處出現(xiàn)第二層破碎帶，且破碎較為嚴重，從5.7 m到6.1 m巖石也較為破碎，參加圖3。

鉆孔2位于冒頂附近位置處，孔深8 m，由于頂板破碎實際測試深度為6 m，窺視結(jié)果顯示在2 m到2.3 m處有一層嚴重破碎帶，再向深處，巖石完整較好，在4.5 m處有一處環(huán)向裂隙;在6 m處出現(xiàn)第二層破碎帶，且破碎較為嚴重，錨索支護要考慮這一層破碎帶，參加圖4。

鉆孔3靠近回風(fēng)順槽處，孔深10 m。窺視結(jié)果顯示在1.5 m處有一層嚴重破碎帶，為頂板第一離層位置，再向深處，2.0 m位置處有一層破碎帶，在向深處巖石較為完整，僅有少量的縱向裂隙;第二層嚴重破碎帶在6.4 m位置處，錨索支護要考慮這一層破碎帶;孔深處巖石較為完整，可作為錨索的錨固層，參加圖5。

鉆孔4在切眼雞窩位置處，孔深10 m。窺視結(jié)果顯示在2.0～2.5 m處有一層嚴重破碎帶，為頂板第一離層位置，再向深處，在向深處巖石較為完整，僅有少量的縱向裂隙;第二層嚴重破碎帶在4.8 m～5.5 m位置處，錨索支護要考慮這一層破碎帶;孔深處巖石較為完整，可作為錨索的錨固層，參加圖6。

圖5 50101工作面回風(fēng)巷鉆孔窺視結(jié)果圖

圖6 50101工作面切眼雞窩處鉆孔窺視結(jié)果圖

從觀測結(jié)果來看，巷道頂板有薄弱環(huán)節(jié)，采用常規(guī)支護不能滿足使用要求，所以支護設(shè)計應(yīng)該修改，加大支護強度［6－8］。

4 修改支護方案

頂板:采用超長錨桿、高強錨桿，共6根錨桿;排距900 m，間距800 mm。

圖7 加長錨桿支護方案

新的支護設(shè)計方案采用之后，巷道在使用期間保持完好。

5 結(jié)論

通過鉆孔窺視發(fā)現(xiàn)頂板存在薄弱環(huán)節(jié)，通過修改支護設(shè)計，增加支護強度，加長錨桿長度能夠很好的和圍巖形成統(tǒng)一的支護承載結(jié)構(gòu)，使錨桿和圍巖充分發(fā)揮其自承能力作用，改善圍巖自身條件，在結(jié)構(gòu)上提高巷道的安全性。

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