姚貴成 祁樂(lè) 張?jiān)瓶?蘇鵬 靳國(guó)磊

（河南能源化工集團(tuán)鶴煤三礦，河南鶴壁 458000）

深井大斷面巷道支護(hù)技術(shù)分析與應(yīng)用

姚貴成 祁樂(lè) 張?jiān)瓶?蘇鵬 靳國(guó)磊

（河南能源化工集團(tuán)鶴煤三礦，河南鶴壁 458000）

隨著我國(guó)煤礦開(kāi)采深度的逐漸加大，巷道的支護(hù)效果成為制約礦井高效生產(chǎn)的關(guān)鍵性因素。河南能源化工集團(tuán)鶴煤三礦四水平南翼皮帶巷為深井巷道，結(jié)合該礦的地質(zhì)特點(diǎn)與相關(guān)參考資料，提出錨網(wǎng)噴支護(hù)方案，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)表明，該支護(hù)方案很好地控制了巷道圍巖的穩(wěn)定性，為礦井的安全高效生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

深井巷道；高應(yīng)力；支護(hù)方案；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

近年來(lái)，隨著我國(guó)煤礦開(kāi)采深度的逐漸加大，深部巷道的支護(hù)效果成為影響煤炭開(kāi)采的重要制約因素［1，2］。對(duì)于深部巷道來(lái)說(shuō)，由于其處于復(fù)雜的地質(zhì)條件和高地應(yīng)力的環(huán)境中，極大地加大了巷道支護(hù)的難度，造成深部巷道大面積破壞失穩(wěn)。相關(guān)數(shù)據(jù)表明［3］，由于深部開(kāi)采造成的巷道圍巖片幫、頂板冒頂?shù)劝踩鹿?，占礦山事故總數(shù)的40%以上。本文以河南能源化工集團(tuán)鶴煤三礦四水平南翼皮帶巷為工程背景，結(jié)合理論計(jì)算和數(shù)值模擬等手段提出相關(guān)支護(hù)方案，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)，取得了理想的支護(hù)效果。

1 工程概況

鶴煤三礦四水平南翼皮帶巷位于該礦-600水平，主要承擔(dān)該礦第四水平的運(yùn)輸任務(wù)，巷道設(shè)計(jì)斷面為掘?qū)挕粮?5 200mm×4 000mm；凈斷寬×高=5 000mm×3 800mm，直墻半圓拱斷面，斷面面積：S掘=17.90m2，S凈=16.32m2，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為910m。該巷掘進(jìn)期間將揭露F41-2、F3033、F3034這三條斷層，巷道掘進(jìn)期間主要揭露的巖層為中細(xì)粒砂巖和砂質(zhì)泥巖、煤線等，巖性破碎松軟，易發(fā)生事故。

2 深部巷道影響因素分析

2.1 高地應(yīng)力

大量的工程實(shí)踐表明，深部巷道的水平地應(yīng)力一般大于垂直地應(yīng)力，深部巖體的水平構(gòu)造應(yīng)力一般可達(dá)垂直應(yīng)力的1.25～2.50倍。而對(duì)于斷層褶皺等地質(zhì)構(gòu)造附近的巖體，因構(gòu)造應(yīng)力的影響較大，地應(yīng)力分布則更為復(fù)雜［4］。在高地應(yīng)力作用下，巷道圍巖可依次分為破裂區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū)。開(kāi)挖后，與淺部巷道不同，深部巷道表面進(jìn)入屈服狀態(tài)后，高應(yīng)力區(qū)逐漸向深部擴(kuò)展，而塑性區(qū)會(huì)逐漸擴(kuò)展，故深部巷道在開(kāi)挖后圍巖較為破碎，增加了支護(hù)難度。

2.2 圍巖力學(xué)性質(zhì)

深部巷道的圍巖性質(zhì)與淺部巷道發(fā)生了顯著變化，與在低圍壓作用下淺部巷道破壞方式多表現(xiàn)為脆性破壞相比，深部巷道在高圍壓作用下巷道圍巖常表現(xiàn)為較強(qiáng)的蠕變性，巷道圍巖變形量較大。尤其是在斷層等復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造下，其圍巖在復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造作用下常常在未開(kāi)挖前就已發(fā)生塑化，因此巷道護(hù)難度也會(huì)大大增加。

3 支護(hù)技術(shù)方案

由以上影響因素分析，深部巷道呈現(xiàn)出變形量大等特點(diǎn)，而錨網(wǎng)噴支護(hù)可以改善巖體的力學(xué)性能，發(fā)揮圍巖的承載力，降低圍巖變形速率，故本巷道的支護(hù)方式采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，并利用懸吊理論設(shè)計(jì)錨桿參數(shù)。

3.1 錨桿長(zhǎng)度

按懸吊理論設(shè)計(jì)錨桿長(zhǎng)度時(shí)，其計(jì)算公式如下：

式（1）中，L1為錨桿外露長(zhǎng)度，取決于錨桿類(lèi)型與錨固方式，一般取0.15m；L2為錨桿有效長(zhǎng)度，由現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)取1.4m；L3為錨桿錨固長(zhǎng)度，端部錨固一般取0.3～0.4m，本次取0.35m。帶入相關(guān)數(shù)據(jù)得L=1.9m，取2.0m。

3.2 錨桿間排距

根據(jù)每根錨桿懸吊的巖重，計(jì)算錨桿的間排距S1、S2，通常按錨桿等距排列：

式（2）中，Q為由拉拔試驗(yàn)確定的錨固力，取60kN；K為錨桿安全系數(shù)，取2；γ為巖石體積力，取27kN/m3。帶入相關(guān)數(shù)據(jù)得S1=S2=0.9m，取0.7m。

結(jié)合以上計(jì)算，四水平南翼皮帶巷的錨網(wǎng)噴設(shè)計(jì)參數(shù)為：錨桿間排距為700mm×700mm，頂部采用11根φ22mm×2 000mm的螺紋鋼錨桿，兩幫采用4根φ22mm× 2 000mm的螺紋鋼錨桿，金屬網(wǎng)由φ6.5mm鋼筋加工，規(guī)格2 000mm×1 000mm，網(wǎng)目100mm×100mm，搭接100mm，噴厚100mm。砼強(qiáng)度等級(jí)為C20。為了增加巷道圍巖的穩(wěn)定性采用φ17.8mm×6 000mm的錨索進(jìn)行支護(hù)間排距1 400mm×2 100mm，托盤(pán)采用規(guī)格為250mm×250mm× 20mm的錨索托盤(pán)。錨索錨固力不低于120kN。支護(hù)方案如圖1所示。

4 數(shù)值模擬驗(yàn)證

針對(duì)該巷道地質(zhì)條件建立數(shù)值模型，并對(duì)理論設(shè)計(jì)的支護(hù)方案進(jìn)行驗(yàn)證，位移數(shù)據(jù)圖如圖2所示。通過(guò)圖2可以看出，隨著距離巷道越近，巷道的位移量越大，兩幫最大變形量分別是96.4mm和98.3mm，頂?shù)装遄畲笞冃瘟糠謩e是102.6mm和86.7mm。由此可以看出此方案可行，能有效保證巷道圍巖的穩(wěn)定性。

圖2 巷道圍巖變形圖

圖2 巷道圍巖變形圖

5 實(shí)例驗(yàn)證

為及時(shí)全面地了解該支護(hù)方案對(duì)巷道圍巖在斷層段的圍巖變形控制效果，設(shè)置2個(gè)位移觀測(cè)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)90d的觀測(cè)，如圖3所示，在50d以后巷道趨于穩(wěn)定，頂?shù)装逦灰圃?20mm左右，兩幫位移在110mm左右，并在觀測(cè)期間支架沒(méi)有發(fā)生彎曲現(xiàn)象，巷道整體輪廓形狀無(wú)變化，且并未發(fā)生頂板冒頂和安全事故，說(shuō)明該支護(hù)方案適應(yīng)了該地質(zhì)條件，保證了巷道圍巖穩(wěn)定。

圖3 巷道位移觀測(cè)數(shù)據(jù)

［1］劉泉聲，張華，林濤.煤礦深部巖巷圍巖穩(wěn)定與支護(hù)對(duì)策［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004（21）：3732-3737.

［2］邱忠躍.深部高壓破碎巖石錨索支護(hù)實(shí)踐［J］.煤炭技術(shù)，2005（6）：58-58.

［3］靖洪文，李元海，許國(guó)安.深埋巷道圍巖穩(wěn)定性分析與控制技術(shù)研究［J］.巖土力學(xué)，2005（6）：877-881.

［4］王連國(guó)，李明遠(yuǎn)，王學(xué)知.深部高應(yīng)力極軟巖巷道錨注支護(hù)技術(shù)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005（16）：2889-2893.

Analysis and Application of Support Technology for Large Cross Section Roadway in Deep Mine

Yao GuichengQi LeZhang YunkuiSu PengJin Guolei

（Hebi Coal Mine，Henan Energy and Chemical Industry Group，Hebi Henan 458000）

With the deepening of coal mining in China,the supporting effect of roadway becomes the key factor to re?strict mine high-efficient production.The four-level south wing belt roadway in Hebi coal mine of Henan energy and chemical industry group is a deep mine roadway.Combining with the geological characteristics and relevant refer?ence materials,the support scheme of bolting and shotcreting support was put forward,and the monitoring results showed that the support scheme could control the stability of surrounding rock well and lay a solid foundation for safe and efficient production of mine.

deep mine roadway；high stress；support scheme；site monitoring

TD353

A

1003-5168（2017）02-0097-02

2017-01-16

姚貴成（1980-），男，本科，助理工程師，研究方向：巷道掘進(jìn)技術(shù)。