楊廣棟

(汾西礦業(yè)集團 生產(chǎn)處，山西 介休 032000)

1 礦井概述

汾西礦業(yè)集團下屬某礦是非常典型的軟巖礦井，該礦年產(chǎn)量100多萬t。由于開采深度不斷增加，地質(zhì)情況變得復(fù)雜，出現(xiàn)了大量的地質(zhì)問題，致使該礦六區(qū)回風(fēng)上山巷道遭受嚴(yán)重破壞，已經(jīng)無法正常回采。

由于擔(dān)負(fù)著六區(qū)和七區(qū)的回風(fēng)和輔助運輸任務(wù)，六區(qū)回風(fēng)上山巷道的作用顯得更加突出，它是一條穿層巷道，長約350 m，傾角約20°，設(shè)計服務(wù)期20年，由于礦山周邊圍巖穩(wěn)定性差，遇水膨脹，變形量大，致使六區(qū)回風(fēng)上山巷道嚴(yán)重扭曲變形。在這一過程中，巷道首先從底板開裂，然后擴展到巷幫，最后使整個巷道失去穩(wěn)定的底部支撐，巷道支護(hù)問題越來越嚴(yán)重。巷道破壞的情形見圖1。

圖1 六區(qū)回風(fēng)上山巷道破壞情形圖

2 巷道變形破壞原因分析

2.1 地質(zhì)的原因

圍巖的原因:該礦的巖性主要為砂巖、礫巖等，礦物成分為高嶺石和伊利石等，這些巖石由于天然的原因，很容易產(chǎn)生細(xì)縫且黏合度和結(jié)實度較低，再加上軟巖的側(cè)面和泥化夾層的向異性發(fā)育特點，使其空隙變得很大，具有一定的可塑和流變特點，這就導(dǎo)致在發(fā)生破壞時，巷道的變形力度加大，巷道能夠維持自身穩(wěn)定的時間縮短。同時，由于這些吸水性巖石，遇水極易膨脹和變形，也造成了圍巖和煤層的維持力得到分散，進(jìn)而導(dǎo)致巷道變形破壞。

2.2 地壓的原因

根據(jù)以往的測定數(shù)據(jù)表明，地壓的原因是造成巷道破壞的一個重要方面。根據(jù)實際測定數(shù)據(jù)顯示，在煤礦開采過程中，巷道圍巖受到兩個方向力的綜合作用，分別由來自上方的垂直應(yīng)力和由于巷道開掘所形成的水平應(yīng)力，在這兩個力作用下，一旦巖石的流變性超過其抗拉強度，巷道兩側(cè)的幫就會向內(nèi)側(cè)靠攏，頂板下沉，底板出現(xiàn)大的裂隙，產(chǎn)生底鼓現(xiàn)象。

2.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)的原因

1)初始支護(hù)措施采用的是錨網(wǎng)支護(hù)，是按照擠壓和固拱原理進(jìn)行設(shè)計的，設(shè)計自承圈厚度約600 mm，遠(yuǎn)達(dá)不到錨桿長度，很難提供較大的壓力，造成固拱破壞、圍巖變形甚至巷道整體失去穩(wěn)定性。

2)初始支護(hù)采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，由于混凝土支護(hù)剛度大，柔性差，不能適應(yīng)巷道初期應(yīng)力變化快、變形量大的特點。

3)初始支護(hù)采用錨網(wǎng)支護(hù)，二次支護(hù)采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，這樣的組合措施也沒有達(dá)到目的，究其原因主要是因為初始支護(hù)采用后，巷道變形的太快，這時二次支護(hù)還不能提供穩(wěn)定的支護(hù)力量，巷道就已經(jīng)遭到了破壞。

2.4 施工的原因

1)采用新奧法施工。這種施工方法首先要求完成初始支護(hù)，待巷道圍巖的變形相對穩(wěn)定之后，再進(jìn)行二次支護(hù);但在實際施工操作過程中，在完成巷道的初始支護(hù)后，往往還沒有達(dá)到圍巖相對穩(wěn)定，緊接著就進(jìn)行二次支護(hù)，即使如此快速施工，仍不能對巷道做到有效支護(hù)。

2)由于新奧施工法的二次支護(hù)是全斷面等強支護(hù)，但是巷道圍巖應(yīng)力存在不均勻分布的特點，常常導(dǎo)致最薄弱部分先受到破壞，巷道也就失去了穩(wěn)定性。

3)二次支護(hù)的時間、支護(hù)結(jié)構(gòu)等很難確定，初始支護(hù)完成后，需要再用儀器測量圍巖的支護(hù)壓力、巷道表面位移及圍巖內(nèi)部位移等指標(biāo)，根據(jù)測得結(jié)果進(jìn)行理論分析，再來確定二次支護(hù)的具體時間和支護(hù)結(jié)構(gòu)等。這一套過程非常復(fù)雜，具體操作性不強。

3 六區(qū)回風(fēng)上山支護(hù)設(shè)計

3.1 斷面形狀與支護(hù)形式的確定

巷道斷面的形狀不同，巷道周邊應(yīng)力分布狀態(tài)也不同，矩形、梯形和拱形巷道都存在拐角，在拐角處易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，不利于巷道的穩(wěn)定。為了避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，需要找尋盡量減少應(yīng)力集中的巷道斷面形狀。圓形巷道不存在拐角，也就不存在應(yīng)力集中的現(xiàn)象，在依次考慮軟巖特性、巷道斷面尺寸和服務(wù)年限等指標(biāo)后，確定巷道斷面形狀圓形的尺寸大小。

巷道支護(hù)形式的確定主要考慮以下幾方面的因素:巷道圍巖性質(zhì)、地壓大小、斷面尺寸和服務(wù)年限等。六區(qū)回風(fēng)上山是一條穿越多層地質(zhì)變化的巷道，期間巖性變化較大，圍巖泥巖層多，且泥巖的膨脹應(yīng)力和膨脹率還都很大，最大膨脹應(yīng)力為110 MPa，膨脹率高達(dá)2 300%，最大抗壓強度不大于20 MPa。該礦二井地區(qū)地壓較大，最大主應(yīng)力為1 400 MPa。巷道掘進(jìn)斷面最大跨度為4 100 m，確定服務(wù)年限20年。根據(jù)這些條件，確定復(fù)合支護(hù)作為巷道的支護(hù)形式措施，初次支護(hù)采用錨桿、錨索、網(wǎng)、鋼筋梯和1次噴射混凝土，二次支護(hù)采用可縮鋼棚和2次噴射混凝土。

結(jié)果如圖5所示，Rh2-S誘導(dǎo)K562和KG1a細(xì)胞24 h后，與對照組比較，HDAC6和HSP90蛋白表達(dá)水平顯著降低（P＜0.05），α-tubulin蛋白表達(dá)水平?jīng)]有變化，但是Ac-α-tubulin蛋白表達(dá)水平顯著升高（P＜0.05）。

3.2 支護(hù)設(shè)計

依據(jù)錨噴巷道支護(hù)理論來計算錨桿支護(hù)技術(shù)參數(shù)，因不同的方法選擇的參數(shù)也會有差異，計算時采用加固拱原理計算巷道支護(hù)設(shè)計方法，圍巖松動圈理論進(jìn)行設(shè)計。支護(hù)參數(shù)計算如下:

1)錨桿長度為2.4 m，錨桿間排距為650 m，錨桿直徑22 mm，錨桿錨固力5 t。

2)錨索材料為鋼絲，長約7 m，直徑不大于15.24 mm。

3)錨固劑為防水或水泥錨固劑，其型號為Z2353。

4)錨桿采用端頭錨固，深部快速卷1個。選擇端頭錨固錨索，深部快速藥卷1個。

5)金屬網(wǎng)直徑不大于3 mm，經(jīng)緯網(wǎng)網(wǎng)格尺寸為45 mm×45 mm，網(wǎng)寬1 m。

6)錨桿鉆頭直徑不大于28 mm。六區(qū)回風(fēng)上山的支護(hù)措施見圖2。

圖2 六區(qū)回風(fēng)上山支護(hù)設(shè)計圖

4 巷道現(xiàn)場壓力測試

4.1 測試目的

根據(jù)測定結(jié)果，檢查選定的支護(hù)防護(hù)措施、錨桿的技術(shù)參數(shù)計算和巷道整體的設(shè)計是否合理，得到測試結(jié)果后，可以為下一步巷道設(shè)計做出改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支撐，并提供相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)。

4.2 現(xiàn)場壓力測試

這次巷道壓力測試是在該礦六區(qū)回風(fēng)上山設(shè)置2個測試點，分別在2個測試點上安裝錨桿、錨索測力計和巷道表面位移測試儀。

在一次支護(hù)工序完成后進(jìn)行壓力測試，圍巖壓力變化曲線見圖3。

圖3 圍巖壓力分析曲線示意圖

由圖3可以看出，頂錨拉力開始先有緩慢下降的趨勢，這可能與巖層受到的壓力分布不均勻有密切關(guān)系。錨索拉力在開始時不斷升高，可以得出，錨索對深部巖層受力起到了一定作用。但對總體測試結(jié)果分析，它們受到的力不大，且逐漸趨于平穩(wěn)。還可以得出，壓力基本上沒有太大的變化，可能與沒有迅速安裝測試儀器有一定的關(guān)系。

5 結(jié)論

設(shè)計的初次支護(hù)防護(hù)措施采用錨桿、錨索、網(wǎng)、鋼筋梯和1次噴射混凝土，二次支護(hù)采用可縮鋼棚和2次噴射混凝土的支護(hù)措施有效，達(dá)到了較理想的效果，巷道狀態(tài)穩(wěn)定。

該設(shè)計方案對有效控制巷道底鼓也是可行的，解決了多年來存在的問題，為礦井安全生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)，為以后永久巷道支護(hù)設(shè)計做了有意義的探索。