趙東峰

摘 要：本文結合雞西榮華立井煤礦具體實例，對其東主運輸巷道破壞變形的特點進行分析研究，探討深部高應力軟巖巷道的破壞機理，提出解決深部高應力軟巖巷道支護的技術方案。

關鍵詞：軟巖；機理分析；FLAC3D；聯合支護；預應力；全錨索

1.巷道變形破壞特征及現場監(jiān)測

根據已施工的東主運輸巷道現場觀測，該巷道頂板巖層下沉量大，兩幫內變形嚴重，底臌現象明顯。為了掌握巷道變形規(guī)律，對已經維修后的東主運輸巷道進行變形監(jiān)測，共設置4個監(jiān)測面，分別取頂底板與兩幫四點，用于測量頂底板與兩幫的移近量?，F選取第一監(jiān)測面，監(jiān)測結果如圖1所示。

從圖1可以看出，東主運輸巷道圍巖變形明顯，監(jiān)測前期累積變化量較大，雖然監(jiān)測后期增長量減少，但仍保持增長的趨勢。監(jiān)測期間，頂底板總變形量約350mm，兩幫總變形量約200mm。這表明U型鋼支架支護方式對東主運輸軟巖巷道的圍巖控制沒有起到良好的效果，不能保持巷道圍巖的穩(wěn)定。

2.巷道破壞機理分析

2.1 軟巖性質分析

在東主運輸巷道工作面采樣，巖石試樣如表一所示，采用D/MAX射線衍射儀對試樣進行礦物成分分析，結果表明，該巷道圍巖粘土礦物含量較高，是典型的膨脹性軟巖。此類巖石遇水極易引起軟化、崩解及膨脹等現象，從而加快了巷道圍巖的變形破壞。

2.2高地應力影響分析

研究表明重力作用和構造運動是引起地應力的主要成因，地應力的大小和方向對巷道穩(wěn)定性影響較大。采用鉆孔窺視儀檢測東主運輸巷道圍巖構造，結果表明，該巷道地質條件復雜，穿越地層數目較多，地層傾角20°左右，地壓突出，個別地段處于破碎帶，裂隙節(jié)理多。巷道在上覆巖層自重力和復雜構造應力作用下，圍巖破壞明顯。

2.3 原支護方式不合理

東主運輸巷道建設前期采用錨噴支護方式，巷道嚴重變形破壞。維修過程中采用U型支架支護，支護效果也不理想。這是由于原支護方式沒有使軟巖巷道的塑性能量充分釋放，從而出現大部分錨桿由于錨固端的破壞而整體失效、U型支架破壞變形、巷道頂底板破壞嚴重，底膨現象突出等情況。在巷道原支護方案中，并未對底板和底角采取有效的防護措施，致使支護結構出現薄弱帶，導致底板圍巖應力集中并產生顯著地塑性變形，加劇了巷道支護的結構的失穩(wěn)破壞。

3.支護對策

通過對東主運輸巷道復雜的地質條件以及巷道破壞機理的分析，為此提出“預應力全錨索加固+反底拱+注漿加固”技術方案。施工圖如圖2所示。

具體參數如下：

（1）高強度鋼絞線預應力錨索，長度為6m，間排距800×800，直徑17.2mm，錨固力20t。

（2）錨索托盤為1/20礦用工字鋼，長度為300mm。

（3）錨索樹脂藥巷用量4卷/根。

（4）金屬網用8鐵線編制成網，網眼50×50mm，規(guī)格1.0×200m/片。

（5）噴射栓厚度150mm，強度C15。

（6）反底拱采用衍梁架雙拱結構。

4.數值模擬

4.1 建立模型

采用FLAC3D模擬分析軟件，根據榮華煤礦東主運輸巷道底層深度和地質情況及巷道分布、斷面大小計算得出，模型尺寸400×36m×60m[7]。地層采用Mohr-Coulomb模型、巷道開掘深度650m，單元總數168092個。巖層傾角20 o ，巷道共穿過不同巖層9層。兩側面限制水平位移及自由度，地面限制水平、垂直位移及自由度。

4.2 模擬分析

當巷道采用預應力全錨索支護方案后，采用Cable單元模擬錨索，Shell單元模擬C15混凝土。模擬過程中對巷道進行了選點位移監(jiān)測，為方便觀察，將模型進行切塊處理，截取斷面7處，截取厚度10 m，各監(jiān)測點均為多節(jié)點跟蹤（每點周圍跟蹤6～9個節(jié)點）取其平均值。監(jiān)測結果表明：頂板位移80mm，兩幫水平收縮16mm，腰線水平收縮90mm，底板位移20mm。預應力全錨索支護方案對于東主運輸巷道圍巖起到了良好的支護效果，提高了支護結構的整體強度和承載能力，模擬結果表明該支護方案參數選擇較合理，較好的控制了圍巖的變形。

5.結論

（1）對榮華煤礦東主運輸巷道的破壞機理分析結果表明：膨脹性軟巖、高地應力及復雜地質構造、原支護方式不合理是巷道圍巖破壞變形的主要影響因素。采用柔性支護方式，用高強度鋼絞線代替錨桿，允許圍巖產生一定的塑性變形。采用桁架雙拱結構加強底角和底板支護，抑制底板的大面積底鼓 。

（2）提出“預應力全錨索加固+反底拱+注漿加固”聯合技術方案，并運用FLAC3D數值模擬軟件進行模擬檢驗，模擬結果表明該支護方案可以有效控制頂板變形，加入反底拱結構后，底臌現象減少。由于軟巖蠕變效應，仍有少量位移，但可保證正常生產，說明采用預應力全錨索支護技術，加反底拱結構合理有效。

參考文獻：

[2]何滿潮，錢七虎.深部巖體力學基礎 [M].科學出版社，2010.

[3]張輝，康紅普等.深井巷道底板預應力錨索快速加固技術研究[J].煤炭科學技術，2013，（4）：16—19+23.