臧文濤

(1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院；2.大同煤礦集團機電裝備力泰有限責(zé)任公司)

1 工程概況

某礦三水平東一皮帶通路探巷圍巖巖性以粉砂巖為主，局部賦存粗礫狀白色砂巖，巷道埋深較大，圍巖應(yīng)力大，煤巖層裂隙、滑面發(fā)育，單軸抗壓強度較低，為不穩(wěn)定軟巖，巷道類別接近一般不穩(wěn)定IV類與不穩(wěn)定V類之間。圍巖成分中含有遇水易軟化成泥的粗礫狀白色砂巖，黏土礦物含量高，使得圍巖強度低，承載能力差，見風(fēng)遇水后極易變軟膨脹，流變特性顯著，導(dǎo)致巷道開挖后變形破壞嚴重，支護極為困難。以上因素導(dǎo)致該巷道圍巖抗壓強度降低，整體穩(wěn)定性變差，在現(xiàn)有單一U型鋼支護體系下，巷道變形和破壞現(xiàn)象較為嚴重。該礦U型鋼破壞形式主要為整體收縮和局部彎曲斷裂[1-3]。

2 圍巖變形破壞規(guī)律

2.1 表面位移變形規(guī)律

本研究在三水平東一皮帶通路探巷距離掘進迎頭不同距離位置設(shè)置了3個測區(qū)(圖1)[4]。由各測區(qū)巷道頂?shù)装逡平?、兩幫移近量以及棚腿移近量生成曲線觀測結(jié)果可知：測區(qū)一巷道頂?shù)装寮皟蓭偷淖冃瘟孔畲?，分別為627 mm、418 mm，巷道開挖后變形速率增加較快，最后呈緩慢變形趨勢，且巷道變形速率明顯大于測區(qū)二和測區(qū)三，說明巷道受掘進施工影響顯著，圍巖整體變形破壞嚴重，此時巷道支護應(yīng)側(cè)重提高巷道圍巖的整體承載能力；測區(qū)二巷道頂?shù)装寮皟蓭偷淖冃瘟枯^測區(qū)一小，分別為326 mm、265 mm，頂?shù)装寮皟蓭鸵平烤S時間緩慢增加，由于距離掘進迎頭約60 m，巷道受到掘進施工的影響較小，因此測區(qū)二巷道兩幫移近量變化速率較測區(qū)一小，巷道變形破壞程度較低；測區(qū)三巷道圍巖移近量最小，約為235 mm、161 mm，在整個變形破壞過程中，頂?shù)装寮皟蓭鸵平靠傮w呈增加趨勢，但移近量變化速率較小，該測區(qū)距離掘進迎頭最遠，不受掘進施工的影響，但受到圍巖本身軟巖特性的影響，巷道仍然處于緩慢流變破壞過程中[5]。

圖1 測區(qū)布置示意

各測區(qū)圍巖變形量和平均移近速率統(tǒng)計結(jié)果見表1。由表1可知：

表1 各測區(qū)表面位移監(jiān)測結(jié)果

(1)距離掘進迎頭越近，巷道變形量越大，其中測區(qū)一巷道頂?shù)装遄畲笠平窟_627 mm，移近速率不斷增大，最大值達60 mm/d。

(2)距離掘進迎頭較遠的測區(qū)三巷道變形量和變形速率均小于測區(qū)一，說明測區(qū)三不受掘進施工的影響，巷道處于自身流變變形破壞過程中，變形量較小且破壞緩慢。

(3)測區(qū)三設(shè)置時間滯后于該位置的巷道掘進時間，記錄的巷道變形破壞量僅為監(jiān)測時間段內(nèi)的數(shù)值，巷道從開始掘進到布置監(jiān)測點的時間范圍內(nèi)的變形量尚未記錄[6]，因此根據(jù)測區(qū)一距離掘進迎頭最近、測區(qū)二次之、測區(qū)三距離掘進迎頭最遠的特點推測可知，測區(qū)三從巷道剛掘進開始至監(jiān)測結(jié)束，巷道頂?shù)装遄冃瘟看笥? 188 mm(包括測區(qū)一變形量627 mm、測區(qū)二變形量326 mm及測區(qū)三變形量235 mm)。巷道從開挖到距離掘進迎頭180 m范圍內(nèi)的變形量達到了1 188 mm左右，若不及時采用合理的加強支護方案，該軟巖巷道1～2個月后變形破壞嚴重，將導(dǎo)致返修、套修，嚴重影響了巷道正常使用[7-8]。

綜合分析測區(qū)一、二、三巷道圍巖的變形破壞規(guī)律可知，巷道變形持續(xù)時間長，在監(jiān)測期(4個月)內(nèi)，巷道一直處于變形破壞過程中，可將該軟巖圍巖變形階段分為急劇變形階段、耦合變形階段、緩慢流變階段，對應(yīng)于測區(qū)一、二、三(圖2)。急劇變形階段巷道圍巖主要受掘進施工擾動影響，頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟靠焖僭黾?，變形速率較大；耦合變形階段巷道圍巖受掘進施工的影響減弱，頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟考白冃嗡俾示兴档停痪徛髯冸A段巷道圍巖不受施工擾動影響，只因圍巖自身流變產(chǎn)生了少量變形[9-11]。

圖2 圍巖變形曲線

2.2 探巷圍巖深部破裂特征

采用YTJ20型巖層探測記錄儀進行深部圍巖破壞范圍探測，該探測方法不受巖體物理特性干擾，可靠性強，能夠直接觀測鉆孔內(nèi)裂隙的發(fā)育程度和規(guī)模，并探測出圍巖松動圈范圍,探測結(jié)果見圖3。

圖3 各測區(qū)頂板離層破裂探測結(jié)果

3 結(jié) 語

結(jié)合現(xiàn)場圍巖變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，對某礦東一皮帶軟巖巷道變形規(guī)律進行了分析，認為該礦東一皮帶軟巖巷道變形可分為急劇變形階段、耦合變形階段及緩慢流變階段，分析結(jié)果對于該礦軟巖巷道維護有一定的參考價值。