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        軟巖巷道圍巖破裂區(qū)探測與支護技術(shù)研究

        2019-09-02 01:34:52陳詩佳
        同煤科技 2019年4期
        關(guān)鍵詞:拱部肩部錨索

        陳詩佳

        (山西焦煤西山煤電集團股份有限公司西銘礦,山西太原,030000)

        1 工程概況

        1.1 圍巖狀況

        西銘礦是山西焦煤集團一個特大型現(xiàn)代化煤礦,原煤年產(chǎn)360 萬t。西銘礦南四上車場巷道圍巖頂?shù)装鍘r層狀況如表1所示。

        表1 南四上車場頂?shù)装鍘r層狀況

        2 巷道破裂區(qū)域探測

        巷道圍巖探測使用GD3Q-GB 無線孔內(nèi)電視成像儀,該設(shè)備采用高清彩色攝像頭進行實時監(jiān)測,探頭直徑為32 mm,鉆孔孔徑為42 mm,孔深5 m,沿巷道共布置3個鉆孔測試斷面,斷面間距10 m,每個斷面內(nèi)共布設(shè)5 個鉆孔。分別位于巷道拱部、肩部和兩幫[1,2]。監(jiān)測斷面選取南四上車場巷道兩個斷面,如圖1所示。

        圖1 監(jiān)測點位置示意圖

        圖2 監(jiān)測鉆孔布置示意圖

        圖3為A斷面1#鉆孔的部分視頻圖。由圖中影像信息可知,鉆孔內(nèi)巖體的破壞程度主要可以分為嚴重破壞,位于鉆孔最外端,此處收到的工程擾動程度最大,巖體在開挖卸荷與擾動作用下呈現(xiàn)嚴重破碎狀態(tài);沿鉆孔深度方向,巖體破壞程度逐漸減弱,分別呈現(xiàn)為破壞、裂縫和較完整圍巖。

        圖3 斷面A左幫水平孔內(nèi)視頻截圖

        通過對各鉆孔內(nèi)破裂程度的識別進而圈定破裂深度,連接同一斷面內(nèi)5 個鉆孔的破裂深度以此判斷巷道損傷程度并指導(dǎo)精準(zhǔn)支護方案的制定。

        斷面A、B和C的圍巖破裂狀態(tài)如圖4所示。

        圖4 圍巖破裂狀態(tài)

        由圖4可以看出斷面A和B的圍巖破裂程度呈現(xiàn)出右?guī)痛笥谧髱偷姆植紶顟B(tài)。巷道破碎圍巖主要集中在1.5 m~3.7 m深的范圍內(nèi),其中斷面A圍巖破裂范圍為1.2 m~3.7 m,斷面B 圍巖破裂范圍為1.5 m~3.5 m,斷面C圍巖破裂范圍為1.1 m~3.6 m。巷道不同部位的破碎深度不同,兩幫位置巖體破碎程度最低,深度均小于2 m;而肩部圍巖破碎范圍較大,斷面A 右肩達到3.7 m,斷面B右肩達到3.5 m。斷面C右肩達到3.6 m,由破裂范圍可知,巷道右側(cè)肩部位置的巖體破碎程度較大,該處巖體易發(fā)生冒落事故。兩個斷面的拱部破碎深度均超過3 m,拱部圍巖同樣存在較大的冒落風(fēng)險,需加強支護。

        3 巷道支護方案優(yōu)化

        巷道斷面為拱形,寬4.4 m,墻高1.4 m,拱半徑2.1 m的拱形斷面,巷道噴漿厚度100 mm,砼C20。拱部采用螺紋鋼錨桿加金屬網(wǎng)支護間距1.0 m,排距1.0 m,采用φ20×1 800 mm 螺紋鋼錨桿配樹脂藥卷,矩形布置,頂錨桿要加戴井字托片;兩幫采用φ20×1 800 mm螺紋鋼錨桿配樹脂藥卷,幫錨桿間距1.2 m,排距1.2 m。在巷道中間拱部打一排錨索加強支護錨索排距2.4 m,錨索長度5.4 m。

        圖5 現(xiàn)有巷道支護參數(shù)

        現(xiàn)有支護方案如圖5 所示,拱部利用長錨索進行加強支護,其他位置均采用1.8 m長的螺紋鋼錨桿+金屬網(wǎng)進行圍巖加固,但根據(jù)鉆孔電視圍巖內(nèi)部破碎狀態(tài)探測結(jié)果分析可知,巷道肩部位置破碎圍巖深度均超過拱部圍巖,冒落風(fēng)險較大,錨桿長度未能達到穩(wěn)定巖體,達不到支護效果,因此,根據(jù)肩部破碎深度超過3 m 的實際情況,巷道肩部5#和8#錨桿替換成長度5.4 m的錨索,錨索排距2.4 m,鉆孔角度與5#和8#錨桿鉆孔相同,均為50°,錨固至穩(wěn)定巖體內(nèi)。利用FLAC3D 程序?qū)?yōu)化后的支護方案進行數(shù)值模擬驗證[3,4],以斷面A 為例建立巷道三維模型,根據(jù)巷道頂?shù)装逅胶拓Q直方向的位移量分析可得,巷道最大水平位移量為32 mm,發(fā)生在巷道左幫位置,兩肩水平方向變形量小于5 mm。巷道最大豎直變形發(fā)生在巷道拱部位置,兩肩的豎直變形量均未超過30 mm。巷道處于可控、穩(wěn)定狀態(tài)。

        圖6 巷道頂?shù)装逅?、豎直方向位移圖

        4 結(jié)論

        通過現(xiàn)場監(jiān)測試驗探明軟巖巷道圍巖內(nèi)部破碎程度的分布特征,其圍巖拱部和左右肩部巖體破碎深度最大,以此提出了精準(zhǔn)定位支護方式,對巷道拱部和肩部位置加大支護強度,分別安裝長度為5.4 m的錨索。數(shù)值模擬結(jié)果顯示巷道圍巖變形均控制在30 mm 左右,巷道穩(wěn)定性提高。以圍巖內(nèi)部破碎狀態(tài)為依據(jù)的精準(zhǔn)定位支護技術(shù)有效提供了支護效果,保證了煤炭資源的安全、高效開采。

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