摘 要:軟巖巷道支護都是煤礦建設(shè)與生產(chǎn)所面臨的重要問題之一。通過對軟巖巷道支護原理、軟巖巷道支護中存在問題的分析,提出了以"架棚+錨網(wǎng)+注漿"。三位一體的巷道支護技術(shù)方案,并針對不同圍巖性質(zhì)分析了相應(yīng)的支護技術(shù)。實踐證明,該技術(shù)在軟巖巷道支護中的應(yīng)用不僅有效增強了巷道的穩(wěn)定性,而且降低了巷道的維修量。
關(guān)鍵詞:巷道;軟巖;支護技術(shù)
軟巖巷道巖體強度低、圍巖松動范圍大,要想保證正常生產(chǎn)以及巷道穩(wěn)定,就必須采用科學(xué)合理的支護方案和支護對策,以對各種圍巖特性進行適應(yīng)和改善,從而取得經(jīng)濟上合理、技術(shù)上可行的效果。軟巖層的膠結(jié)程度差,且具有流變、膨脹等特性。因此,對軟巖巷道支護技術(shù)進行研究對增強巷道的穩(wěn)定性,保證正常生產(chǎn)具有非常重要的意義。
1 軟巖巷道支護機理
通過對工程現(xiàn)場巷道變形情況的觀察以及軟巖變形的基本特點可知,軟巖受圍巖應(yīng)力的作用,產(chǎn)生了較為復(fù)雜的變形方式,故而,軟巖巷道支護設(shè)計面臨著更高的挑戰(zhàn)。為了保證軟巖的極限承載力,一般在軟巖巷道支護設(shè)計過程中禁止圍巖處于塑性狀態(tài)。圍巖應(yīng)力狀態(tài)會因煤礦開采而發(fā)生改變,而為了保證圍巖的承載能力就必須對圍巖進行加固,也就是為巷道提供一定的支護。若圍巖在巷道挖掘后而受到的各應(yīng)力( 靜水壓力、重力、構(gòu)造應(yīng)力、土壓力等) 合力為P合,當對軟巖巷道進行支護之后,P合是指支護結(jié)構(gòu)提供支撐力、圍巖的自撐力和圍巖變形而產(chǎn)生工程力三者的合力。因此,當圍巖應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變時,圍巖難免會出現(xiàn)一些塑性區(qū)域,而想要降低塑性力對圍巖造成的危害,就可以借助提供支撐力和變形空間的方式來實現(xiàn)[1]。
2 軟巖巷道施工支護的難點
煤礦軟巖巷道的支護,特別是軟巖回采巷道支護屬于煤礦的一項重大難題,之前實施的支護從理論認知和支護技巧上都面臨著相應(yīng)的困難,體現(xiàn)在:
(1)圍巖的破壞和變形。支護屬于一個過程,要想確保圍巖變形過程和此過程的統(tǒng)一,務(wù)必有效地把握圍巖的變形機理,只有以此作為前提條件,才可以選用適宜的圍巖支護參數(shù)、支護類型,支護時機等。盡管軟巖破壞和變形機理已基本完善,但具體某一煤礦的破壞規(guī)律和變形特征研究仍然不夠。
(2)支護策略。跟硬巖巷道進行比較,軟巖巷道的破壞和變形具備自身的特殊性,需要實施跟軟巖巷道相符合的支護策略。目前針對單一煤礦的軟巖支護策略還比較少,遠遠不能滿足支護需要。
(3)支護參數(shù)。選用支護參數(shù)是制約巷道可靠性的一個十分關(guān)鍵的要素。之前選用支護參數(shù)大致都使用工程類比的方法。在簡單的地質(zhì)條件影響下,這個方法是可取的。然而,在復(fù)雜地質(zhì)條件下是難以適應(yīng)的。
3 軟巖巷道支護存在的問題
3.1 支護方式不合理
(1)在未對圍巖巖性及巷道變形特點進行綜合分析的情況下,就盲目地采用單一的軟巖巷道支護方式,導(dǎo)致巷道支護有效性降低;
(2)錨桿噴支護體系中,錨索和錨桿作用沒有得到有效配合,影響了承載整體的形成;
(3)錨桿端周圍的圍巖產(chǎn)生破裂,造成錨固力降低,支護作用失效;
(4)巷道一些開裂的關(guān)鍵部位沒有得到有效的檢查、維護,成為了破壞巷道的隱患,從而對整個支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成不利的影響。
3.2 支護材料強度不夠
在實際生產(chǎn)過程中,當軟巖巷道圍巖應(yīng)力較大時,棚支護巷道出現(xiàn)棚腿折彎變形、棚梁成尖桃形破壞等現(xiàn)象;錨網(wǎng)噴支護巷道出現(xiàn)錨索被拉斷、網(wǎng)片焊接處被拉開、錨桿托盤變形或者被擠入碎脹圍巖中等現(xiàn)象。造成上述現(xiàn)象的根本原因是巷道支護材料的強度無法滿足現(xiàn)場施工要求。
3.3 現(xiàn)場管理不到位
(1)在爆破掘進過程中,經(jīng)常發(fā)生“少打眼、多裝藥”的現(xiàn)象,導(dǎo)致巷道圍巖受到爆破沖擊波的影響而遭到更大程度的破壞,為后期巷道支護增加了難度;
(2)施工時由于施工工藝限制,而在支護過程中首先對拱基線上部的巷道進行支護,而拱基線以下部分的巷道則由于長期裸露在空氣中,受風化作用的影響而造成碎脹;
(3)在噴漿時漿料的攪拌不均勻,噴漿后養(yǎng)護不及時,導(dǎo)致漿皮粘結(jié)強度較低,一旦巷道壓力增加很容易造成大面積開裂、脫落[2]。
4 軟巖巷道支護技術(shù)
在煤礦巷道掘進過程中,圍巖性質(zhì)經(jīng)常發(fā)生變化,而針對圍巖性質(zhì)的不同也應(yīng)采取不同的支護技術(shù)。
4.1 中等穩(wěn)定以上的圍巖
當巷道圍巖穩(wěn)定性處于中等以上時,可以采取先錨網(wǎng)、后架棚、再注漿的支護技術(shù)。
(1)錨網(wǎng)支護。錨網(wǎng)支護是指鋼筋網(wǎng)與性能較高的錨桿的聯(lián)合支護,其中鋼筋網(wǎng)和錨桿的規(guī)格要滿足設(shè)計要求。拱頂錨桿的排距和間距均700 mm,錨固力不得小于150 kN,錨桿預(yù)緊力應(yīng)保證在80 kN 以上。
(2)架棚支護。架棚支護指的是借助U型鋼拱形支架所具有的一定的支撐能力和可縮性能對巷道兩側(cè)和頂部的約束能力進行加強。
(3)密閉注漿。在上述工作完成之后進行壁后注漿,以組成聯(lián)合支護體系,從而使支護結(jié)構(gòu)的承載能力和整體性得到有效增強,進而為支護結(jié)構(gòu)和巷道的穩(wěn)定性提供保障。
4.2 松散圍巖
當巷道圍巖較為松散時,可以采取先架棚、后補錨索、再注漿的支護技術(shù)。當架棚支護工作完成之后,利用高預(yù)應(yīng)力錨索系統(tǒng)對關(guān)鍵部位進行加強。在錨索布置安裝時,應(yīng)該保證錨索的長度、排距滿足施工要求,在錨索安裝時要確保預(yù)緊力達到設(shè)計要求。
4.3 破碎帶
針對破碎帶一般采用先超前注漿、后架棚、再補錨的支護技術(shù),其中注漿、補錨和架棚施工技術(shù)如上述,超前注漿施工技術(shù)為:
(1)短孔預(yù)注漿施工。將5個超前預(yù)注漿錨桿布置在巷道輪廓線拱頂部位。
(2)長孔超前注漿。將2個注漿孔布置在巷道輪廓線拱頂部位,其中角度為15~20°,孔深8~10 m。
5 軟巖巷道支護措施
(1)在確定軟巖巷道的支護結(jié)構(gòu)時需要先明確圍巖的物理力學(xué)性質(zhì),比如流變性、膨脹性、礦物成分以及應(yīng)力的分布狀態(tài)等,科學(xué)判斷圍巖的變形特點,從而選擇最合理的支護技術(shù),以免在實際的工作中出現(xiàn)失誤;
(2)結(jié)合軟巖巷道具有易變形、圍巖變形明顯、來壓快、礦壓大的特征,需要遵循先柔后剛、先讓后支的原則;
(3)軟巖巷道支護需要滿足加固、讓壓以及卸壓的要求,對于來壓快、礦壓大等情況需要及時卸壓;對于巷道易變形的特點,需要讓的及時且適度;對于薄弱的位置需要及時加固;
(4)科學(xué)選擇巷道的尺寸及其形狀,以受力較好的小圓形斷面為最佳;
(5)因為軟巖自穩(wěn)的時間短,且易短時間變形,需要進行及時支護,而且支護體要保持較好的初撐力,為了避免底鼓,需要選擇全封閉的支護體;
(6)安排專人對軟巖巷道進行專業(yè)維護與監(jiān)測,根據(jù)實際的監(jiān)測情況合理地選擇防護措施,及時維護;根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果科學(xué)總結(jié)來壓的特點,為巷道支護提供保障。
6 結(jié)語
軟巖層的巖體結(jié)構(gòu)剛度和強度較小,在煤礦掘進時使巷道圍巖進入高應(yīng)力狀態(tài),極易造成軟巖的破碎,從而對煤礦的安全生產(chǎn)造成不良影響,因此支護技術(shù)的應(yīng)用是非常有必要的。在實際生產(chǎn)過程中,不同圍巖性質(zhì)的應(yīng)力狀態(tài)也不同,如果采用單一的支護技術(shù)方案,不僅無法取得預(yù)想的效果,而且會引起更大的安全隱患。因此,在實際煤礦巷道掘進中應(yīng)該根據(jù)實際圍巖性質(zhì)選用合理的支護形式,從而保證煤礦開采的安全性。
參考文獻:
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[2]賀峰.煤礦軟巖巷道支護技術(shù)[J].中國高新技術(shù)企業(yè). 2010(15)
[3]范生魁,王月星.軟巖巷道支護理論與應(yīng)用[J].河北煤炭. 2009(04)
作者簡介:
趙洋(1985——)男,漢族,黑龍江省大興安嶺地區(qū)加格達奇區(qū)人,畢業(yè)于黑龍江科技學(xué)院,采礦工程專業(yè),工程師,主要從事煤礦技術(shù)管理工作。