戚彥貴

（淮南礦業(yè)集團(tuán) 朱集礦井建設(shè)項(xiàng)目部，安徽 淮南232001）

0 引言

隨著工業(yè)生產(chǎn)對(duì)能源需求的不斷增加，煤炭采掘作業(yè)已由地表淺部向深部轉(zhuǎn)移。煤礦開采深度的不斷增加，井下巷道將處于更高的地應(yīng)力環(huán)境中。尤其在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的地區(qū)，殘余構(gòu)造應(yīng)力比較大，巖石的力學(xué)性質(zhì)也發(fā)生了變化，給煤礦巷道支護(hù)及穩(wěn)定性帶來了很大的難度，從而成為制約煤礦企業(yè)向深部開采的瓶頸。因此，研究高地應(yīng)力軟巖環(huán)境下巷道科學(xué)的支護(hù)方式是保證礦井安全采掘深部煤層的關(guān)鍵之一，以朱集煤礦深井軟巖巷道為研究對(duì)象，對(duì)其支護(hù)方式進(jìn)行了研究與實(shí)踐，朱集煤礦-906m 水平巷道的頂板以泥質(zhì)砂巖為主,底板則主要是泥巖,或者巷道賦存與泥、泥砂巖互層中。-906m 西翼回風(fēng)大巷（北）為軟巖段，由于地壓大，原有的錨網(wǎng)索噴支護(hù)條件下出現(xiàn)了嚴(yán)重的底鼓現(xiàn)象，由實(shí)地觀察，最大的底鼓量達(dá)到1m，嚴(yán)重影響了巷道掘進(jìn)的進(jìn)程。

1 深井軟巖巷道的特征

在高地應(yīng)力區(qū)經(jīng)常遇到一類特殊巖體，當(dāng)其處于地表淺部或低地應(yīng)力條件下，巖體顯示出較堅(jiān)硬的特征；處于高地應(yīng)力環(huán)境時(shí)，當(dāng)圍壓較低時(shí), 巖體尚具有較高的強(qiáng)度和彈性模量，當(dāng)圍壓較高時(shí)，巖體則表現(xiàn)出軟巖特征。煤礦深井軟巖巷道的變形特征主要有下面幾點(diǎn)：

（1）圍巖變形量大。高應(yīng)力軟巖自身特征決定了該區(qū)域的巷道變形量大的特點(diǎn), 其中巷道的水平收斂量要比拱頂下沉量要大得多。一般為幾厘米至數(shù)十厘米, 表現(xiàn)形式有兩幫內(nèi)移、尖頂和底鼓。

（2）初期變形速率大。由于水平構(gòu)造壓應(yīng)力大于垂直應(yīng)力, 巷道在掘進(jìn)時(shí)卸載迅速, 來壓快, 表現(xiàn)為巷道的初期變形速率大。

（3）巷道變形具有時(shí)效性。巷道圍巖具有顯著的流變性, 表現(xiàn)為明顯的時(shí)效性。當(dāng)巖體流變所產(chǎn)生的圍巖變形過大, 使得巷道支護(hù)體無法適應(yīng)而失效, 圍巖再次惡化并劇烈變形。

由此分析，深部軟巖巷道具有四周來壓、整體收斂、變形強(qiáng)烈等特點(diǎn)，而且初期變形速度通常都在10 mm/d 以上，圍巖劇烈破壞、常常造成支護(hù)體失效。因此深井軟巖巷道掘進(jìn)初期巨大的膨脹變形能必須以某種形式釋放。大斷面預(yù)留變形量的U 型鋼可縮性支架支護(hù)深部巷道取得了一定的支護(hù)效果，但預(yù)留變形空間有限、不能充分釋放圍巖變形能，不適應(yīng)深部軟巖巷道大變形。目前，我國廣泛采用的錨桿支護(hù)對(duì)于埋深小于800m 的巷道維護(hù)效果較好，不能有效支護(hù)埋深大于900m 的軟巖巷道。

2 深井軟巖巷道支護(hù)原理

根據(jù)目前所掌握的有關(guān)軟巖力學(xué)屬性、 變形力學(xué)機(jī)制, 以及現(xiàn)場所觀察到巷道大變形、大地壓、難支護(hù)的特點(diǎn)，可以認(rèn)為軟巖巷道圍巖并非具有單一的變形力學(xué)機(jī)制, 而是同時(shí)具有多種變形力學(xué)機(jī)制的復(fù)合變形力學(xué)機(jī)制。而且認(rèn)為由于本構(gòu)關(guān)系的不同, 軟巖巷道的支護(hù)原理和硬巖巷道支護(hù)原理也是截然不同的。對(duì)于硬巖巷道的支護(hù)不允許圍巖進(jìn)入塑性狀態(tài), 而進(jìn)入塑性狀態(tài)的硬巖將喪失承載能力。軟巖巷道開挖后, 其巨大的塑性能必須以某種形式釋放出來, 同時(shí), 處于塑性狀態(tài)后其圍巖仍具有一定的承載能力。假設(shè)巷道開挖后使圍巖向臨空區(qū)運(yùn)動(dòng)各種力的合力為PT，則軟巖巷道支護(hù)原理可表示為：

式中：PT 表示巷道開挖后使圍巖向臨空區(qū)運(yùn)動(dòng)的合力(包括重力、水作用力、膨脹力、構(gòu)造應(yīng)力和工程偏應(yīng)力等), PD 表示以變形的形式轉(zhuǎn)化的工程力(可以包括： 彈塑性轉(zhuǎn)化(與時(shí)間無關(guān)), 粘彈塑性轉(zhuǎn)化(與時(shí)間有關(guān)), 膨脹力的轉(zhuǎn)化(與時(shí)間有關(guān))。對(duì)于軟巖來講, 主要是以塑性能變形的方式釋放),PR 表示圍巖自撐力,PS 表示工程支護(hù)力。巷道開挖后引起的圍巖向臨空區(qū)運(yùn)動(dòng)的合力PT 并不是純粹由工程支護(hù)力PS全部承擔(dān)，而是由PD，PR 和PS 3 個(gè)部分共同分擔(dān)。因?yàn)檐泿r巷道支護(hù)時(shí)軟巖進(jìn)入塑性狀態(tài)不可避免, 而且其巨大的塑性能必須釋放出來,所以軟巖支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)必須提供足夠的變形能釋放時(shí)間和釋放空間。

3 朱集煤礦深井軟巖巷道的應(yīng)用研究

朱集煤礦-906m 西翼回風(fēng)大巷（北），如圖1，開口位于-906m 西翼回風(fēng)大巷（南）道內(nèi)。該巷道設(shè)計(jì)長度280m 其中回風(fēng)聯(lián)巷長度為46.65m，4.66‰坡度施工；該巷道斷面均為錨網(wǎng)索噴支護(hù)。

圖1 -906m 西翼回風(fēng)大巷（北）架棚示意圖

（1）錨網(wǎng)索噴的支護(hù)參數(shù)及施工流程

-906m 西翼回風(fēng)大巷（北）采用錨網(wǎng)索噴，巷道凈斷面為寬×高=5000mm×4100mm，超高強(qiáng)錨桿Ф22×2500mm，金屬網(wǎng)Ф6.5×1750×930 mm，錨固劑頂Z2350 每眼2 根、幫Z2850 每眼2 根，噴射混凝土厚度120mm、強(qiáng)度C20，錨桿間排距800×800m，錨索Φ22×6300mm，錨索間排距1500×2000mm，每排3 根。而錨網(wǎng)噴索施工工藝流程為初噴—錨桿施工、掛網(wǎng)—復(fù)噴—錨索施工。

（2）架棚澆筑支護(hù)參數(shù)及施工工藝

錨網(wǎng)噴巷道采用一掘一噴一錨網(wǎng)，每循環(huán)進(jìn)尺1.8m，如遇巖性差時(shí)，每循環(huán)進(jìn)尺為1.5m。在圍巖條件好的情況下，可對(duì)拱部先進(jìn)行錨網(wǎng)噴（初噴）支護(hù)，錨網(wǎng)噴至拱基線處，幫部支護(hù)滯后，滯后距離為30m～40m，待停頭釘?shù)酪瓢翼窓C(jī)時(shí)集中進(jìn)行復(fù)噴和幫部支護(hù)（成巷）。在圍巖較破碎或易風(fēng)化的情況下，必須全斷面一次完成錨網(wǎng)噴支護(hù)，且初噴厚度不得小于50mm。掘進(jìn)與成巷平行作業(yè)時(shí)：耙矸機(jī)前先初噴50mm，停頭釘好道，待耙矸機(jī)挪移至迎頭后（移耙矸機(jī)前必須把耙矸機(jī)機(jī)身位置按成巷標(biāo)準(zhǔn)噴好），迎頭掘進(jìn)與耙矸機(jī)后成巷平行作業(yè)，待下次停頭釘?shù)乐氨仨殞翼窓C(jī)后尾（30～40m）按設(shè)計(jì)要求成巷。

通過加強(qiáng)支護(hù),有效地控制了底臌的發(fā)生,使巷道處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)語

在深井高應(yīng)力軟巖環(huán)境下，巷道的支護(hù)問題已成為煤礦企業(yè)向深部煤層發(fā)展的第一難點(diǎn)。由于單一的錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)在深井軟巖巷道中,雖然可以在短期內(nèi)適應(yīng)巷道的變形和壓力變化,但很難在長期的使用中保持穩(wěn)定。而使用錨網(wǎng)索噴、架棚注漿聯(lián)合支護(hù)在高應(yīng)力軟巖巷道、硐室的特殊工程段,能大大改善聯(lián)合支護(hù)的效果。采用錨網(wǎng)索噴、架棚注漿聯(lián)合支護(hù)控制巷道變形效果顯著,避免了二次或多次修復(fù),節(jié)省了工期,加快了掘進(jìn)速度,并創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。朱集煤礦采取的先錨網(wǎng)索噴，再架棚、注漿的支護(hù)方式，已經(jīng)在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐中證明了它的優(yōu)越性，屬于該條件下巷道的最佳支護(hù)方式，可為同類巷道的支護(hù)和維護(hù)所借鑒。

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