摘? 要：為了解決某煤礦煤頂破碎問(wèn)題，研制了一種新的帶電錨桿。采用預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)巖體進(jìn)行加固。從理論上證明了“膨脹錨”和“鐵帶”的支護(hù)方案，通過(guò)數(shù)值仿真驗(yàn)證了該支護(hù)方案的可行性。從礦山周邊巖體的變形情況來(lái)看，本技術(shù)支撐方案能較好地滿足煤層巷的安全生產(chǎn)要求。

關(guān)鍵詞：松散破碎圍巖;注漿膨脹錨桿;巷道變形;數(shù)值模擬

引言

隨著礦井開(kāi)發(fā)程度的提高，礦井圍巖失控，頂板破碎等問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。錨桿將巷的整體強(qiáng)度增強(qiáng)，但在某些特殊區(qū)域（破壞圍巖），由于預(yù)應(yīng)力不足或損失，常常很難達(dá)到礦井的安全要求。

通過(guò)對(duì)煤層的分析，發(fā)現(xiàn)其上、下均為細(xì)砂巖、砂巖、泥巖等。在開(kāi)挖過(guò)程中，由于受施工應(yīng)力和其他因素的影響，導(dǎo)致巷道圍巖發(fā)生較大的變形，給礦井的正常生產(chǎn)帶來(lái)很大的影響。在保證礦井安全、高效的前提下，尋找一種科學(xué)、有效的支撐方法。

1.工程地質(zhì)概況

1.1煤層賦存情況

安徽淮北南側(cè)的某礦井，煤運(yùn)輸巷道位于山嶺背斜南西翼，正斷層斜穿過(guò)煤田中央，在鄰近處形成褶皺構(gòu)造。礦體頂部以細(xì)砂巖、砂巖、泥巖為主。

1.2原巷道支護(hù)情況

煤層巷道在高原應(yīng)力條件下的變形較大，其圍巖穩(wěn)定性較差，其主要表現(xiàn)為：

（1）"網(wǎng)兜"現(xiàn)象的產(chǎn)生。巷道開(kāi)挖后，巷道頂部?jī)蓚?cè)的圍巖往往會(huì)向工作面伸出，導(dǎo)致兩條巷道出現(xiàn)較大變形，一些巷道斷面嚴(yán)重變形，嚴(yán)重影響了巷道的正常使用。

（2）存在著"底鼓"的情況。巷道的直接底板為泥質(zhì)巖石，其強(qiáng)度較差，很難經(jīng)受較大的壓力。當(dāng)巖石在接近孔表面時(shí)，底部的彈性能被釋放出來(lái)。

2松軟破碎圍巖巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1新型注漿膨脹錨桿設(shè)計(jì)

采用新型充填式膨脹錨桿，能實(shí)現(xiàn)高預(yù)應(yīng)力，確保錨桿的長(zhǎng)期穩(wěn)定。在圓臺(tái)末端的作用下，螺栓通過(guò)套管使膨脹套管的末端膨脹，從而提高螺栓的支承強(qiáng)度。采用灌漿界面，多個(gè)孔均勻分布，便于在錨桿四周注漿，使圍巖膠結(jié)，提高圍巖支護(hù)的穩(wěn)定性;利用相鄰的錨桿，使其與水泥砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度顯著提高;最終，煤層巷道圍巖的膠結(jié)成為一個(gè)整體，并與之形成聯(lián)合拱，共同承擔(dān)礦井壓力。

2.2巷道圍巖變形破壞機(jī)理分析

由于采用了U型鋼棚支護(hù)形式，且受巷道開(kāi)挖的影響，特別是在圍巖較為破碎的情況下，U型鋼棚整體受力不均，容易出現(xiàn)破壞和失效。

2.3巷道支護(hù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)巷路圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)機(jī)制的研究，提出采用方案：增強(qiáng)巷路圍巖強(qiáng)度及圍巖強(qiáng)度加固措施，以改善支護(hù)結(jié)構(gòu)。填充巷道支承結(jié)構(gòu)與巖體間的間隙會(huì)使圍巖中的孔隙減小。依據(jù)以上方法，對(duì)巷路支護(hù)方案進(jìn)行了優(yōu)化，使其穩(wěn)定性得到了改善。

3.巷道掘進(jìn)工藝優(yōu)化

原巷道采用EBZ200帶式掘進(jìn)機(jī)，因其特殊的圍巖狀況及管理問(wèn)題，在施工過(guò)程中，其成巷效率較低。因此，對(duì)巷道巖壁的掘進(jìn)工藝進(jìn)行了優(yōu)化，并應(yīng)用了懸臂式掘進(jìn)機(jī)的機(jī)械化施工技術(shù)。

巷道的開(kāi)挖方式對(duì)巷道的開(kāi)挖速度及成巷效果有很大的影響，而巷道開(kāi)挖方式的選取則與巷道的圍巖強(qiáng)度有關(guān)。當(dāng)巖石硬度較小時(shí)， 先用截割頭在左下角掏槽后， 向上按S型進(jìn)行切割;當(dāng)巖石硬度不同時(shí)， 先在較軟位置進(jìn)行掏槽， 然后再進(jìn)行全斷面截割;當(dāng)巖石較硬時(shí)， 根據(jù)巖石硬度及節(jié)理裂隙發(fā)育情況綜合確定鉆進(jìn)深度， 再逐步擴(kuò)大到全斷面。

巷道底板軟弱導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)行走困難

當(dāng)?shù)装遢^軟時(shí)， 可通過(guò)在履帶下墊木板來(lái)加強(qiáng)其行走能力， 若底板積水較多， 先進(jìn)行上部截割， 待截割下來(lái)的物料與水混合后再進(jìn)行下部的截割;在積水較多區(qū)域可隔一段區(qū)域建立蓄水池， 來(lái)收集巷道上部流下的泥水， 并通過(guò)泥漿泵進(jìn)行排水。

在進(jìn)行巷道技術(shù)優(yōu)化的同時(shí)，必須對(duì)巷道進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化。每一個(gè)巷道班組必須做兩次巷道截割。在巷道施工中，采用機(jī)械開(kāi)挖方式替代人工手動(dòng)作業(yè)，使掘進(jìn)班組的作業(yè)效率大大提高，掘進(jìn)速度明顯加快。

4.效果分析

在巷道圍巖開(kāi)挖時(shí)，采用巷道支護(hù)技術(shù)和輔助開(kāi)挖技術(shù)。在開(kāi)挖10天后，圍巖的變形速度很快，而且變形速度很快。10天以后，巖體的變形趨于平穩(wěn)，并達(dá)到最大。巷道頂?shù)鬃畲笪灰茷?87毫米，兩側(cè)最大位移為135毫米，巖體變形以頂板沉降為主。在一個(gè)多月的時(shí)間里，巷道開(kāi)挖量已達(dá)102m，巷道開(kāi)挖速率由1.8m/d增加至3.4m/d，巷道開(kāi)挖速率得到了顯著的改善。通過(guò)對(duì)圍巖變形的分析，表明圍巖變形控制在可接受的范圍之內(nèi)，圍巖的穩(wěn)定性得到較大改善，采用合理的支護(hù)技術(shù)和掘進(jìn)技術(shù)，能夠確保其穩(wěn)定。

5.巷道支護(hù)參數(shù)模擬分析

FLAC3D數(shù)值模擬軟件FLAC3D在已有煤層賦存條件的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了FLAC3D數(shù)值分析模型，模型的左、右、前、后兩個(gè)邊界分別建立變形約束，下側(cè)為極限豎向位移，上側(cè)為應(yīng)力邊界，豎向荷載為15MPa，并應(yīng)用了摩爾-庫(kù)侖結(jié)構(gòu)模式。利用現(xiàn)巷支護(hù)的數(shù)值仿真方法，對(duì)目前巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行研究，為現(xiàn)行的支護(hù)設(shè)計(jì)提供了可靠的理論基礎(chǔ)。

新的支護(hù)方案實(shí)施后，圍巖的應(yīng)力分布沒(méi)有顯著的改變，而新的支護(hù)方案使巷道頂部和兩側(cè)的應(yīng)力發(fā)生了顯著的變化，頂板的應(yīng)力范圍也比較小。結(jié)果表明，這種支護(hù)結(jié)構(gòu)比以往的支護(hù)方案有更大的提高，由-20MPa降至-15MPa。另外，由于巷道附近巖石對(duì)圍壓非常敏感，因此圍護(hù)壓力的變化很小，可以大幅度降低河道的變形。

6.巷道支護(hù)效果評(píng)價(jià)

根據(jù)這一支持方案，在航道中每隔25米設(shè)一站，設(shè)4個(gè)站點(diǎn)，對(duì)航道的圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該方法應(yīng)用于煤層軟巖巷度100m的工業(yè)試驗(yàn)。

煤層軟巖巷公路的初始變形率高，施工結(jié)束50d后，變形量減小，并趨于平穩(wěn)。在穩(wěn)定性條件下，巷道底板的變形最大，達(dá)到300mm，最小的變形達(dá)到70mm，左側(cè)和右側(cè)的變形分別為105mm和120mm。綜上所述，通過(guò)優(yōu)化支撐方案，圍巖巷整體變形較小，能夠滿足煤層安全生產(chǎn)的需要。

7結(jié)語(yǔ)

為解決礦井大巷圍巖破裂、穩(wěn)定性差的問(wèn)題，本文對(duì)巷道圍巖的變形破壞機(jī)理進(jìn)行了分析，并采用管棚超前支護(hù)、注漿補(bǔ)強(qiáng)的技術(shù)措施，對(duì)巷道施工技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。通過(guò)對(duì)工程實(shí)例的分析，證明了這種支護(hù)技術(shù)能有效地改善巷道圍巖的穩(wěn)定。采用優(yōu)化巷道施工技術(shù)后，巷道的掘進(jìn)速度得到了顯著的改善，表明方案的合理性。

參考文獻(xiàn)：

[1]安超，蔣宇靜，趙啟峰，等.深井高地壓軟巖巷道“錨網(wǎng)索噴”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)實(shí)踐[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2014，41（2）：64-66.

[2]楊曉杰，婁浩朋，崔楠，等.軟巖巷道大變形機(jī)理及支護(hù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2015，43（9）：1-6.

[3]何富連，張廣超.深部破碎軟巖巷道圍巖穩(wěn)定性分析及控制[J].巖土力學(xué)，2015，36（5）：1397-1406.

劉偉（1988.7），男，漢族，籍貫甘肅定西，防災(zāi)科技學(xué)院，助理工程師，學(xué)士，淮北礦業(yè)集團(tuán)祁南煤礦234000研究方向：礦井設(shè)計(jì)及巷道支護(hù)