胡占海

摘要：隨著煤炭開(kāi)采越來(lái)越向深部發(fā)展，巷道圍巖壓力愈來(lái)愈大，礦井全斷面來(lái)壓巷道的支護(hù)與維護(hù)問(wèn)題顯得越來(lái)越突出。本文結(jié)合三河尖礦-980m車場(chǎng)巷道具體地質(zhì)情況，重點(diǎn)應(yīng)用了理論分析、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐以及礦壓觀測(cè)方法，系統(tǒng)的論述此類巷道圍巖的特征，軟巖巷道破壞的特點(diǎn)，圍巖變形的影響因素，來(lái)壓巷道的支護(hù)原則及其巷道的維護(hù)方法等。針對(duì)此類巷道典型特征制定常規(guī)深井軟巖巷道支護(hù)施工工藝，并因地制宜地運(yùn)用到三河尖礦-980m車場(chǎng)巷道上來(lái)。

Abstract： With the development of coal mining deeper and deeper， the surrounding rock pressure of the roadway is getting bigger and bigger， and the support and maintenance of the full-section pressure roadway in the mine is becoming more and more prominent. In this paper， combined with the specific geological conditions of the roadway of Sanhejian Mine-980m yard， the theoretical analysis， field practice and mine pressure observation method are applied. The characteristics of such roadway surrounding rock， the characteristics of soft rock roadway failure， the influencing factors of surrounding rock deformation， the support principle of the pressure roadway and the maintenance method of the roadway are discussed systematically. According to the typical characteristics of such roadway， the construction technology of conventional deep soft rock roadway support is established， and it is applied to the Sanhejian Mine-980m yard roadway according to local conditions.

關(guān)鍵詞：巖巷;全斷面來(lái)壓;支護(hù)工藝

Key words： rock roadway;full section pressure;support technology

中圖分類號(hào)：TD353? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2018）34-0187-03

1? 緒論

對(duì)地下礦山開(kāi)采而言，保證巷道開(kāi)挖和支護(hù)穩(wěn)定是礦山安全高效生產(chǎn)的前提。近年來(lái)，隨著礦井開(kāi)采深度的增加，地壓越來(lái)越大、巷道變形急劇加大、巷道底臌及片幫嚴(yán)重，支護(hù)難度增加，嚴(yán)重危害巷道圍巖的穩(wěn)定性和巷道維護(hù)，制約深部開(kāi)采。

徐州礦務(wù)集團(tuán)三河尖煤礦在面臨這類問(wèn)題時(shí)從巷道變形的機(jī)理入手，制定了一套完善的加固修復(fù)方案來(lái)對(duì)其進(jìn)行綜合治理。巷道施工完畢后，受采動(dòng)壓力、水等影響，局部巷道變形、破壞嚴(yán)重，底鼓劇烈，巷道處于不穩(wěn)定狀態(tài)中，嚴(yán)重影響了礦井的生產(chǎn)。因此，分析研究這類巷道的變形破壞機(jī)理，改善圍巖的受力狀態(tài)，提出合理可行的支護(hù)控制技術(shù)，使巷道達(dá)到最佳支護(hù)水平，在保證巷道正常運(yùn)行的同時(shí)，為礦山安全生產(chǎn)，提高礦井經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

1.1 工程概括

徐州礦務(wù)局三河尖礦南翼采區(qū)采用上下山開(kāi)拓，車場(chǎng)位于-980m水平，車場(chǎng)巷道基本位于-900～-1000m水平之間。該采區(qū)主要正在開(kāi)采7#和9#煤層，煤層厚度平均為2.4m，煤層傾角大約為18°;7#煤頂板巖層主要由粉砂巖和粗粒砂巖組成，底板巖層主要由砂質(zhì)泥巖組成，厚大約10m;9#頂板巖層由細(xì)粒砂巖構(gòu)成，底板主要由泥巖、砂質(zhì)泥巖構(gòu)成。-980m水平南翼車場(chǎng)巷道原采用支護(hù)方案為：錨網(wǎng)+鋼梯+頂錨索，底板無(wú)支護(hù)，巷道初始施工完成后，巷道部分段變形破壞嚴(yán)重，頂板下沉、底鼓劇烈，并處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

1.2 巷道圍巖變形破壞原因分析

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，現(xiàn)有的支撐結(jié)構(gòu)不能有效地保持巷道穩(wěn)定、不變形，巷道嚴(yán)重變形的原因，包括巖性，地下水，地應(yīng)力（包括構(gòu)造應(yīng)力），支護(hù)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和多種因素的綜合影響。

1.2.1 巖性差對(duì)巷道的穩(wěn)定性影響最大

南翼-980m車場(chǎng)巷道頂板和底板巖層主要是砂質(zhì)泥巖，泥巖，巷道幫部圍巖相比頂?shù)装遢^好，但從巷道整體來(lái)看，圍巖的巖性較差。由于錨噴支護(hù)主要是以發(fā)揮圍巖自身的承載能力來(lái)進(jìn)行支護(hù)作用的，所以當(dāng)圍巖巖性較弱、較差時(shí)，錨噴支護(hù)對(duì)巷道整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)作用就起不到有效的作用，使巷道變形加大。

1.2.2 地下水的作用降低了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力

部分巷道圍巖中存在大量的裂隙，這大大降低了整體的巖石穩(wěn)定性，由于地下水的存在，一方面是松散散巖體泥化，流變現(xiàn)象顯著;另一方面是大塊的巖塊出現(xiàn)軟化，大大降低了其強(qiáng)度和承載的能力，使得巖塊更容易被破壞，圍巖裂隙加劇發(fā)育程度，從而形成惡性循環(huán)，使巖體特征顯著下降，無(wú)法滿足巷道穩(wěn)定的要求。

1.2.3 不合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)與參數(shù)也影響了巷道圍巖的穩(wěn)定

支護(hù)現(xiàn)有的問(wèn)題：一是采用金屬網(wǎng)的整體性差;二是未對(duì)巷道的底角和底板采用有效地加固措施;三是錨桿，錨索對(duì)圍巖只起到單一的作用，不能形成整體協(xié)同支護(hù)的效果;四是錨桿，錨索預(yù)緊力不足;五是未對(duì)圍巖實(shí)施有效的封閉措施。

當(dāng)圍巖松動(dòng)后，對(duì)于錨噴支護(hù)而言，特別容易造成端錨錨桿的整體失效，并且只允許少量的極限變形，當(dāng)達(dá)到100～150mm圍巖變形量時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)被破壞，整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

1.2.4 巷道底板巖層穩(wěn)定性差也是造成巷道破壞的一個(gè)重要因素

在巷道的每一段中，巷道底板巖層主要是砂質(zhì)泥巖、煤等，由于沒(méi)有采取有效的支護(hù)措施來(lái)對(duì)巷道的底角和底板進(jìn)行支護(hù)，所以當(dāng)巷道頂板壓力較大時(shí)，巷道底板圍巖中出現(xiàn)集中應(yīng)力現(xiàn)象，使得巷道底板表現(xiàn)出顯著塑性變形和剪切破壞，底板碎脹、彎曲、流變，底鼓顯著。從而直接影響了巷道的整體穩(wěn)定性，頂板下沉、兩幫內(nèi)擠。

1.3 本章小結(jié)

本章通過(guò)對(duì)變形巷道的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，研究了三河尖煤礦-980m車場(chǎng)巷道的變形破壞特征并分析造成此現(xiàn)象的原因，主要得出以下結(jié)論：①三河尖煤礦-980m車場(chǎng)巷道變形破壞的主要形式有：巷道全斷面收縮變形、拱肩剪切變形、底角內(nèi)擠收斂、底鼓。②巷道的變形破壞原因：巷道的頂?shù)装鍘r性較弱，巖層中多含砂質(zhì)泥巖、泥巖，因而圍巖表現(xiàn)出明顯的蠕變和流變特性;地下水的影響，使部分巖體泥化、軟化，降低巖體的強(qiáng)度和承載力;巷道所處的地應(yīng)力環(huán)境差，使部分巷道處于極其不穩(wěn)定的狀態(tài)中;現(xiàn)行的支護(hù)問(wèn)題，不合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)與參數(shù)，使支護(hù)不具有有效性、整體性、協(xié)同性、封閉性。

2? 工業(yè)性試驗(yàn)方案

根據(jù)前面對(duì)巷道破壞原因和不同支護(hù)方案的分析，結(jié)合軟巖巷道的控制原理及三河尖礦南翼-980m車場(chǎng)巷道的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)巷道返修支護(hù)方案，具體方案設(shè)計(jì)如下所示。

2.1 南翼-980m車場(chǎng)巷道返修支護(hù)方案

2.1.1 斷面設(shè)計(jì)

-980車場(chǎng)水平巷道保持原來(lái)設(shè)計(jì)的拱形斷面，巷道凈寬4.5m，墻高1.6m，凈高3.85m，支護(hù)厚度取150mm，巷道掘進(jìn)斷面寬4.8m，高4.0m;為了施加底板支護(hù)并形成良好結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)巷道底板開(kāi)挖成底拱結(jié)構(gòu)。

2.1.2 拱形斷面巷道修復(fù)支護(hù)參數(shù)

①初次錨網(wǎng)支護(hù)參數(shù)。頂板錨桿采用？準(zhǔn)22×2200mm的規(guī)格，采用高強(qiáng)無(wú)縱筋螺紋鋼制作，錨桿設(shè)計(jì)間排距為750mm×750mm，錨桿孔徑為？準(zhǔn)28mm，錨固長(zhǎng)度大于1000mm，安裝扭矩大于200kN·m;鋪設(shè)的網(wǎng)采用采用8#或10#鐵絲編織的經(jīng)緯網(wǎng)，網(wǎng)格為50mm×50mm;鋼筋梯采用14#圓鋼焊接，噴射混凝土厚度為100mm，強(qiáng)度為C20。

②錨索支護(hù)參數(shù)。在巷道高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿的全斷面錨網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)。頂板的預(yù)應(yīng)力錨索規(guī)格為？準(zhǔn)17.8×6800mm（3根），兩幫預(yù)應(yīng)力錨索規(guī)格為？準(zhǔn)17.8×4300mm（每幫3根，采用18號(hào)槽鋼制作的托盤）錨索之間的距離為1200×1500mm，安排在高強(qiáng)度樹(shù)脂錨索之間的兩排，用樹(shù)脂端錨，錨固長(zhǎng)度不小于1500mm，每排分別設(shè)置九根預(yù)應(yīng)力錨索。

③底拱結(jié)構(gòu)及支護(hù)參數(shù)。對(duì)底臌嚴(yán)重的巷道拉底后，底板中線位置形成拱高600mm的反拱結(jié)構(gòu)，并在底板安裝5根？準(zhǔn)20×2000mm的錨桿（或采用？準(zhǔn)27×2500mm的自鉆錨桿），錨桿間排距為1000×750mm;橫向布置長(zhǎng)4500mm、厚3mm的M型鋼帶，縱向布置兩根16#槽鋼梁（巷中兩邊對(duì)稱布置），長(zhǎng)1800mm;待錨桿安裝完畢并注漿后用矸石回填。

④底板注漿加固參數(shù)。在底角螺紋鋼錨桿之間插空布置（隔排）內(nèi)注漿錨桿，錨桿孔徑為？準(zhǔn)45mm，錨桿孔深不少于1.95m，并與巷道底板呈30°、45°左右的傾角，錨桿間排距為1200×1500mm，錨桿規(guī)格為？準(zhǔn)22mm×2000mm，采用4分焊接管扳絲制作;使用中空快硬水泥藥卷和水泥漿封孔，封孔長(zhǎng)度不小于1.0m;注漿漿液采用單液水泥-水玻璃漿液，水灰比控制在0.8～1.0，水玻璃的摻量為水泥用量的3～5%;注漿壓力控制在1.0MPa左右，當(dāng)巷道底板表面出現(xiàn)返漿時(shí)，即可停止注漿。

2.2 全斷面錨網(wǎng)+U型鋼聯(lián)合支護(hù)方案

當(dāng)巷道破碎帶并有淋水時(shí)，采用在全斷面錨桿+頂錨索支護(hù)基礎(chǔ)上，實(shí)施帶底拱的29U型鋼支架和注漿聯(lián)合支護(hù)的方式。其中巷道頂、幫錨桿及錨索支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)同方案一（無(wú)底拱結(jié)構(gòu)）;為800mm排距，兩排錨桿之間的架設(shè)。U型鋼由幫部4節(jié)，安裝，幫助成立了第一端和拱的頂部后，兩個(gè)六地板組成;支架背后鋼筋采用圓鋼Φ6焊接，80×80mm網(wǎng)格，規(guī)格為500×500的網(wǎng)格，最后再噴60mm厚的混凝土，形成高強(qiáng)度的支撐結(jié)構(gòu)具有一個(gè)可伸縮的。

支架之間用連扳相連，以增強(qiáng)支架的整體性，連扳按兩幫各兩道設(shè)置;支架底部加設(shè)一道縱梁，縱梁為14號(hào)槽鋼，長(zhǎng)度2.5m，由兩根長(zhǎng)4.3m的錨索固定。縱梁切近巷道底板布置，縱梁之間切口搭接連成一體，以防止棚腿被巷道幫底部變形擠出，增強(qiáng)支架的整體性和協(xié)同抵抗圍巖變形的能力。

U型鋼架設(shè)以后，設(shè)變形測(cè)站對(duì)巷道進(jìn)行收斂變形觀測(cè)，并確定注漿時(shí)機(jī)，當(dāng)巷道兩幫位移超過(guò)50mm時(shí)，進(jìn)行二次錨注加固。注漿錨桿采用？準(zhǔn)22mm規(guī)格的無(wú)縫鋼管制作，管壁厚度4mm，長(zhǎng)度2000mm，間排距為1400×1600mm，并將錨桿和錨索插空布置。

2.3 本章總結(jié)

①南翼-980m車場(chǎng)巷道進(jìn)行支護(hù)返修，巷道保持原先設(shè)計(jì)的拱形斷面。拱形斷面巷道修復(fù)，頂板和幫部采用錨網(wǎng)噴支護(hù);底臌嚴(yán)重的巷道，拉低，形成反拱結(jié)構(gòu)，并對(duì)反拱結(jié)構(gòu)打錨桿，M型鋼帶、槽鋼梁加固，注漿。②巷道破碎并有淋水段，采用全斷面錨網(wǎng)加U型鋼聯(lián)合支護(hù)，即在全斷面錨桿加頂錨索支護(hù)基礎(chǔ)上，實(shí)施帶底拱的29U型鋼支架和注漿聯(lián)合支護(hù)的方式。③對(duì)南翼-980m車場(chǎng)巷道返修的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，采用錨網(wǎng)索加鋼帶支護(hù)，并對(duì)底板開(kāi)挖反拱進(jìn)行錨注，能有效控制巷道的破壞和變形。

3? 結(jié)論

①通過(guò)加強(qiáng)支護(hù)，圍巖成為統(tǒng)一的承載結(jié)構(gòu)，圍巖頂?shù)装逡平繙p小70%以上，兩幫移近量減小37.5%。巷道圍巖基本穩(wěn)定，底角部位受損已消除，底鼓較小，底角部位的應(yīng)力以基本消除，巷道圍巖控制效果良好。②根據(jù)典型深井軟巖巷道支護(hù)方法和三河尖礦-980m車場(chǎng)巷道特殊的圍巖環(huán)境，制定了頂板和幫部采用錨網(wǎng)噴支護(hù);底臌嚴(yán)重的巷道，拉低，形成反拱結(jié)構(gòu)，并對(duì)反拱結(jié)構(gòu)打錨桿，槽鋼梁加固，注漿支護(hù)方式。巷道破碎并有淋水段，采用全斷面錨網(wǎng)加U型鋼聯(lián)合支護(hù)，即在全斷面錨桿加頂錨索支護(hù)基礎(chǔ)上，實(shí)施帶底拱的29U型鋼支架和注漿聯(lián)合支護(hù)的方式。礦壓觀測(cè)表明該巷道的兩幫變形總體較小，兩幫及頂?shù)装逦灰屏枯^同類型巷道減少75%，而且主要是整體位移。巷道圍巖完整、穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)破壞，支護(hù)效果良好。

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