陳路強(qiáng)

摘 要：傳統(tǒng)單一工字鋼棚在動(dòng)壓破碎巖層巷道支護(hù)中并不能取得良好的圍巖控制效果。文章結(jié)合紅炭山礦業(yè)有限責(zé)任公司牛欄山煤礦+80運(yùn)輸大巷的地質(zhì)特點(diǎn)，分析了破碎巖層及動(dòng)壓中施工巷道的礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)，并就原單一工字鋼棚支架支護(hù)進(jìn)行改進(jìn)，提出工字鋼棚與錨噴網(wǎng)支護(hù)后的聯(lián)合支護(hù)方案，取得良好的支護(hù)效果，值得相關(guān)煤礦巷道支護(hù)設(shè)計(jì)借鑒。

關(guān)鍵詞：破碎巖層；錨噴網(wǎng)與支架支護(hù)；機(jī)理；支護(hù)效果

中圖分類(lèi)號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）17-0045-02

1 工程概況

牛欄山井田境內(nèi)褶曲與斷層極為發(fā)育，礦體整體呈一背斜狀態(tài)，傾角向南東傾伏。背斜兩翼被眾多小褶曲與斷層所切割，次生構(gòu)造極度發(fā)育，大中套小、小中見(jiàn)微、形態(tài)各異，斜歪的、倒轉(zhuǎn)的并存。實(shí)驗(yàn)巷道為牛欄山煤礦201采區(qū)+80運(yùn)輸大巷，巷道圍巖巖性為細(xì)砂巖、粗粉砂巖夾砂巖、局部有不規(guī)則煤線(xiàn)，構(gòu)造為一向南方向傾斜的單斜構(gòu)造，局部存在小褶曲。受F6斷層影響，該巷道圍巖破碎。巷道在掘進(jìn)過(guò)程中，受?chē)鷰r破碎、易風(fēng)化脫層及受采動(dòng)動(dòng)壓影響會(huì)產(chǎn)生巷道變形，在單獨(dú)采用工字鋼棚支護(hù)過(guò)程中，出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的巷道變形現(xiàn)象，影響到了礦井正常生產(chǎn)。

2 動(dòng)壓破碎帶巷道破壞特點(diǎn)與支護(hù)機(jī)理

2.1 動(dòng)壓破碎帶巷道破壞特點(diǎn)

所謂的動(dòng)壓或者動(dòng)壓力，通常指的是在礦山資源開(kāi)采過(guò)程中形成的集中應(yīng)力，如工作面超前集中應(yīng)力、煤柱疊加應(yīng)力等。而動(dòng)壓巷道指的是受采動(dòng)集中應(yīng)力影響的巷道，其最主要特點(diǎn)就是受采動(dòng)影響嚴(yán)重。受采動(dòng)壓力的影響，動(dòng)壓巷道附近原有的圍巖應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破，需經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的應(yīng)力釋放后才能再次達(dá)到平衡。動(dòng)壓巷道在這種應(yīng)力平衡到打破再到平衡的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的圍巖變形，如不能及時(shí)有效地對(duì)圍巖進(jìn)行控制，巷道圍巖就會(huì)出現(xiàn)冒頂、片幫、底鼓等礦壓顯現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生沖擊破壞現(xiàn)象。受采動(dòng)應(yīng)力與原巖應(yīng)力疊加的影響，動(dòng)壓巷道附近應(yīng)力高度集中，傳統(tǒng)的單一支護(hù)方式很難維持圍巖穩(wěn)定。鑒于此種情況，工程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)了錨噴網(wǎng)與工字鋼棚支架聯(lián)合支護(hù)方案，取得了良好支護(hù)效果。

2.2 動(dòng)壓破碎帶巷道支護(hù)

巷道發(fā)生破壞的根本原因在于支護(hù)或支護(hù)所形成的承載結(jié)構(gòu)的支護(hù)強(qiáng)度低于圍巖應(yīng)力，致使圍巖出現(xiàn)頂板下沉、兩幫變形與底板鼓起。對(duì)于動(dòng)壓破碎巷道穩(wěn)定產(chǎn)生影響的因素主要有三個(gè)方面，即巷道圍巖強(qiáng)度、圍巖應(yīng)力值及分布狀況、支護(hù)承載能力。因此，動(dòng)壓巷道控制重點(diǎn)在于這三方面進(jìn)行：

①提高圍巖自身承載能力，巷道上覆巖層重量以及圍巖變形所造成的壓力，大多由圍巖結(jié)構(gòu)自行承擔(dān)，而由巷道支護(hù)體所承擔(dān)的載荷較少，而巷道支護(hù)的目的旨在控制圍巖變形，保證圍巖體的承載能力，因此對(duì)于巷道支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)充分發(fā)揮圍巖的自承能力。

②轉(zhuǎn)移圍巖應(yīng)力，改善圍巖應(yīng)力分布條件，對(duì)動(dòng)壓巷道圍巖受力分析可知，巷道附近存在明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。為維持巷道圍巖穩(wěn)定性，回采巷道布置與支護(hù)中應(yīng)采取措施降低或轉(zhuǎn)移圍巖高應(yīng)力，改善圍巖應(yīng)力分布狀況。

③改善支護(hù)參數(shù)，支護(hù)參數(shù)選擇的不合理性易造成支護(hù)效果達(dá)不到預(yù)期要求，產(chǎn)生劇烈的圍巖變形現(xiàn)象。

動(dòng)壓破碎巷道支護(hù)中應(yīng)用較多的支護(hù)方式為工字鋼棚支架或錨網(wǎng)支護(hù)，以錨網(wǎng)支護(hù)為例，支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化改善內(nèi)容主要包括錨桿預(yù)緊力、直徑、長(zhǎng)度、安裝角度以及間排距等，此外，與錨網(wǎng)支護(hù)相關(guān)的鋼筋梯子梁、托盤(pán)、樹(shù)脂藥卷等亦對(duì)錨網(wǎng)支護(hù)參數(shù)有著明顯的影響。而有時(shí)往往某一單一支護(hù)方式并不能取得良好的圍巖控制效果，在對(duì)支護(hù)承載力這一參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，需要聯(lián)合采取兩種及以上的支護(hù)方式。

3 錨噴網(wǎng)與支架聯(lián)合支護(hù)

對(duì)巷道圍巖實(shí)施錨網(wǎng)噴與工字鋼棚聯(lián)合支護(hù)的方式能夠起到有效控制圍巖穩(wěn)定性的作用，錨網(wǎng)噴與工字鋼棚支護(hù)形成聯(lián)合的承載結(jié)構(gòu)，共同維持圍巖的穩(wěn)定。

錨噴網(wǎng)支護(hù)形成內(nèi)承載結(jié)構(gòu)，起到加固巷道圍巖、封閉圍巖表層和防止圍巖垮落的作用，并且錨桿支護(hù)擁有一定的柔性，能夠通過(guò)變形釋放部分為彈性能。

工字鋼棚支護(hù)能夠?yàn)殄^桿支護(hù)提供更多的徑向應(yīng)力，形成一個(gè)內(nèi)承載結(jié)構(gòu)，并且工字鋼棚和錨桿支護(hù)之間可知墊加模板、礦用背板等裝置，起到柔性過(guò)度的作用，通過(guò)自身變形來(lái)吸收一定圍巖壓力，降低圍巖對(duì)工字鋼鵬的壓力損害。

工字鋼棚與錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)形成一個(gè)連續(xù)的承載結(jié)構(gòu)，錨網(wǎng)噴加固圍巖維持圍巖穩(wěn)定，充分發(fā)揮圍巖的自身承載能力；工字鋼棚提供支撐力確保錨網(wǎng)噴的支護(hù)效果，二者協(xié)同支護(hù)，保證良好的支護(hù)效果。

4 工程支護(hù)效果分析

對(duì)實(shí)施工字鋼棚與錨噴網(wǎng)的聯(lián)合支護(hù)后的實(shí)驗(yàn)巷道進(jìn)行圍巖表面收斂監(jiān)測(cè)，為期90 d。

4.1 圍巖變形分析

分析巷道變形量可知，在距離掘進(jìn)工作面0～10 m范圍內(nèi)，巷道圍巖變形量逐漸增加，基本上成一定比例正相關(guān)關(guān)系；掘進(jìn)工作面10 m之后，工作面變形量增長(zhǎng)幅度明顯降低，到20 m后變形量不再增加。兩幫與頂?shù)装宓淖冃瘟炕揪S持在89 mm與64 mm，且兩幫變形量始終大于頂?shù)装逡平?。巷道在整個(gè)掘進(jìn)掘進(jìn)過(guò)程中未出現(xiàn)片幫、碹體脫落現(xiàn)象情況。

4.2 變形速率分析

對(duì)兩幫及頂板板變形速率進(jìn)行分析得到，兩幫變形速率與頂?shù)装逅俾首兓€(xiàn)基本保持一致，變形速率曲線(xiàn)峰值出現(xiàn)在距掘進(jìn)工作面后方5 m處，兩幫與頂?shù)装遄冃嗡俾史逯捣謩e為7 mm/d與4 mm/d。20 m之后變形速率基本保持一水平，符合圍巖變形量曲線(xiàn)。

綜上分析可知，巷道整體變形量較小，均在安全變形允許范圍之內(nèi)，掘進(jìn)工作面后20 m之后，變形量與變形速率均保持在一穩(wěn)定狀態(tài)?；夭上锏雷冃畏€(wěn)定后的斷面尺寸達(dá)到巷道使用條件，表明巷道支護(hù)效果良好。

5 結(jié) 語(yǔ)

①工字鋼棚支架與錨網(wǎng)噴支護(hù)加固能夠形成一個(gè)連續(xù)的承載結(jié)構(gòu)，錨網(wǎng)噴支護(hù)加固圍巖形成內(nèi)承載結(jié)構(gòu)；工字鋼棚形成外承載結(jié)構(gòu)，提供支撐力確保內(nèi)承載結(jié)構(gòu)的支護(hù)穩(wěn)定性。

②錨噴網(wǎng)與支架聯(lián)合支護(hù)施工應(yīng)嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行，執(zhí)行并落實(shí)支護(hù)技術(shù)措施。

③牛欄山煤礦201采區(qū)+80運(yùn)輸大巷采用工字鋼棚支架與錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)后，巷道圍巖變形較小，未出現(xiàn)片幫、碹體脫落現(xiàn)象。

工程實(shí)踐證明，錨噴網(wǎng)與支架支護(hù)技術(shù)在破碎巖層巷道中的應(yīng)用具有推廣價(jià)值，它能在保證圍巖支護(hù)施工安全前提下，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證支護(hù)效果。

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