史 東 鑫

（山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西長(zhǎng)治046600）

1 工程概況

霍爾辛赫煤礦3 號(hào)煤層，下距9 號(hào)煤層55.72～79.70m,平均58.04m.煤層厚度4.49～7.17m，平均5.65m，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，含0～2 夾矸，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。煤層頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，局部為砂巖，底板為黑色泥巖、炭質(zhì)泥巖，巷道原支護(hù)采用“錨桿+U 型鋼”支護(hù)，原支護(hù)斷面見(jiàn)圖1 所示。巷道在采用原支護(hù)方式后，在較短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了明顯的變形破壞，雖然進(jìn)行了多次返修，但從巷道在返修后，在較短的時(shí)間內(nèi)仍舊出現(xiàn)了較大的變形，嚴(yán)重影響到巷道正常使用。

圖1 3 號(hào)煤層皮帶巷原支護(hù)設(shè)計(jì)圖

2 3 號(hào)煤層皮帶巷變形破壞特征

為深入掌握3 號(hào)煤層皮帶巷出現(xiàn)的變形破壞情況，對(duì)3 號(hào)煤層皮帶巷出現(xiàn)的變形破壞情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘查，得到巷道變形情況特征主要為：

2.1 巷道圍巖自穩(wěn)時(shí)間非常短

在3 號(hào)煤層皮帶巷開掘后，從巷道暴露到出現(xiàn)大面積的變形破壞，間隔的時(shí)間非常短，部分情況下出現(xiàn)了在巷道沒(méi)有得到及時(shí)支護(hù)時(shí)，巷道斷面就出現(xiàn)了急劇縮小。這表明，巷道在掘進(jìn)之后，整體的圍巖結(jié)構(gòu)受到了較大的破壞，特別是巷道來(lái)壓相對(duì)較快，給巷道的穩(wěn)定性帶來(lái)較大的威脅。

2.2 巷道圍巖流變性非常顯著

從現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)情況來(lái)看，皮帶巷距離巷道表層的5m 范圍內(nèi)甚至更深的位置均出現(xiàn)了明顯的位移，表現(xiàn)出明顯的流變，同時(shí)不斷向深部擴(kuò)展。在巷道掘進(jìn)后，圍巖趨于穩(wěn)定的時(shí)間非常長(zhǎng)，甚至超過(guò)了30d，由于巷道表現(xiàn)出明顯的流變性，導(dǎo)致巷道多次拉底。

2.3 巷道圍巖整體收斂速度非?？?/h3>

從現(xiàn)場(chǎng)觀察情況來(lái)看，頂板與底板的相對(duì)移近量明顯超過(guò)了兩幫的相對(duì)移近量，特別是底板鼓起的問(wèn)題非常嚴(yán)重，整個(gè)巷道表現(xiàn)出全斷面的收斂變形。觀測(cè)表明，皮帶巷圍巖變形規(guī)律為：頂板和底板的相對(duì)移近量平均為兩幫收斂量的2 倍以上，頂板也出現(xiàn)了明顯的離層問(wèn)題，部分鋼架在支護(hù)過(guò)程中也出現(xiàn)了斷裂實(shí)效。分別見(jiàn)圖2（a）（b）所示。

圖2 3 號(hào)煤層皮帶巷現(xiàn)場(chǎng)變形破壞圖

3 3 號(hào)煤層皮帶巷變形破壞原因

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查和理論分析，認(rèn)為導(dǎo)致皮帶巷出現(xiàn)大變形破壞的主要原因有如下幾個(gè)方面：

首先，地質(zhì)條件較為復(fù)雜。從現(xiàn)場(chǎng)勘查情況來(lái)看，皮帶巷所處煤層缺失、變薄相對(duì)較多，形態(tài)變化較大。同時(shí)，從巖性分析來(lái)看，圍巖泥巖成分含量較高，包含有較多的膨脹性黏土礦物，例如，高嶺石、蒙脫石的含量明顯較高，這類巖石容易出現(xiàn)風(fēng)化潮解的問(wèn)題，特別是水穩(wěn)定性較差。在巷道的頂板、底板及煤層中均含有較多的泥質(zhì)巖體，流變性特性非常突出。同時(shí)，通過(guò)對(duì)巖樣進(jìn)行單軸抗壓試驗(yàn)來(lái)看，圍巖單軸抗壓強(qiáng)度在3～5MPa，這表明圍巖單軸抗壓強(qiáng)度偏低，自承能力較弱，這是導(dǎo)致巷道出現(xiàn)大面積變形破壞的主要原因。

其次，巷道原支護(hù)并未形成完整的承載結(jié)構(gòu)。從原支護(hù)設(shè)計(jì)來(lái)看，整個(gè)設(shè)計(jì)屬于開放式支護(hù)結(jié)構(gòu)，底板處于敞開狀態(tài)。同時(shí)，原支護(hù)下錨桿支護(hù)體和U 型鋼支護(hù)并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)支護(hù)耦合，并沒(méi)有形成“圍巖+支護(hù)體”形成的完整支護(hù)結(jié)構(gòu)，整個(gè)支護(hù)體系的整體支護(hù)效能不能較好發(fā)揮。

第三，圍巖承載能力并為充分發(fā)揮。在對(duì)軟巖巷道進(jìn)行支護(hù)時(shí)，需要最大限度的提升巷道圍巖松動(dòng)圈的殘余強(qiáng)度，將圍巖的承載能力充分發(fā)揮出來(lái)。但從皮帶巷原有支護(hù)情況來(lái)看，僅僅在巷道的頂板與兩幫進(jìn)行了錨桿支護(hù)，所支護(hù)的范圍也僅僅是巷道的淺部，深部穩(wěn)定圍巖對(duì)淺部圍巖的穩(wěn)定作用并沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)，這也是導(dǎo)致巷道頂板出現(xiàn)大范圍離層的主要原因。

4 3 號(hào)煤層皮帶巷返修支護(hù)分析

結(jié)合3 號(hào)煤層皮帶巷所處地質(zhì)條件，為最大限度提升圍巖自承能力和支護(hù)的整體性，本次返修設(shè)計(jì)采用“錨網(wǎng)索+U 型鋼+柔性層”組成的復(fù)合支護(hù)方案，設(shè)計(jì)返修支護(hù)方案見(jiàn)圖3 所示。

圖3 皮帶巷返修支護(hù)示意圖

返修支護(hù)機(jī)理和具體支護(hù)方案為：

1）全斷面進(jìn)行錨桿支護(hù)，選擇使用φ22mm×2 400mm 的高強(qiáng)度錨桿，對(duì)原支護(hù)方案2 000mm 的錨桿進(jìn)行了針對(duì)性的加長(zhǎng)，在巷道的淺部形成范圍更大、支護(hù)能力更強(qiáng)的淺部圍巖承載結(jié)構(gòu)。同時(shí)，設(shè)計(jì)全斷面支護(hù)的方式，有效克服原支護(hù)中底板處于敞開支護(hù)狀態(tài)存在的弊端。設(shè)置錨桿預(yù)緊力150kN。設(shè)計(jì)采用W 型鋼帶對(duì)錨桿進(jìn)行連接，托盤選擇使用高強(qiáng)度拱形托盤。錨桿間排距設(shè)計(jì)為800mm×800mm。

2）全斷面錨索支護(hù)。針對(duì)原支護(hù)設(shè)計(jì)中深部穩(wěn)定圍巖在支護(hù)中的作用未充分發(fā)揮出來(lái)的實(shí)際，在返修支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，在全斷面增加錨索支護(hù)，參數(shù)為φ22mm×7300mm，其中，頂板錨索的間距設(shè)計(jì)為1.5m，排距設(shè)計(jì)為2.4m。同時(shí)，在巷道的2 個(gè)底角的位置設(shè)計(jì)打設(shè)45°錨索，主要是為了將兩幫對(duì)底板帶來(lái)的壓力有效切斷，降低底板鼓起量。

3）U 型鋼支護(hù)。返修支護(hù)時(shí)，選擇使用U36 型鋼，在型鋼與型鋼之間選擇使用螺桿式卡纜連接，并使用強(qiáng)力拉板將各個(gè)支架連接在一起，全面提升支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性，設(shè)計(jì)支架之間的間距為800mm。

4）柔性層施工。在原支護(hù)設(shè)計(jì)中，U 型鋼和錨桿支護(hù)體之間存在較大的空隙，不均勻支護(hù)的問(wèn)題明顯，在返修支護(hù)時(shí)，設(shè)計(jì)在U 型鋼支架和錨網(wǎng)索支護(hù)體之間，加入厚度在60mm 的柔性墊板，主要材質(zhì)為超高分子聚乙烯板。通過(guò)將柔性層加入，不僅能較好增強(qiáng)支護(hù)體的整體性，同時(shí)也給巷道的變形提出了一定的空間，達(dá)到了“先讓后抗、主動(dòng)支護(hù)”的效果。

5 3 號(hào)煤層皮帶巷返修支護(hù)效果分析

在返修方案實(shí)施后，選擇使用“十字交叉法”對(duì)巷道返修情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，得到了巷道變形曲線見(jiàn)圖4所示。

圖4 皮帶巷返修支護(hù)圍巖變形曲線

從圖4 可知，在返修方案實(shí)施后，巷道圍巖整體取得了較好的支護(hù)控制效果，巷道頂板下沉量、底板鼓起量及兩幫收斂量等均相對(duì)于先前有了明顯的降低，這表明返修支護(hù)方案實(shí)現(xiàn)了對(duì)巷道穩(wěn)定性的較好控制。

6 結(jié)束語(yǔ)

1）從深部巷道支護(hù)實(shí)踐來(lái)看，在淺部巷道支護(hù)中能夠取得較好支護(hù)效果的支護(hù)方案，在深部巷道支護(hù)時(shí)，表現(xiàn)出明顯的不適應(yīng)性，支護(hù)效果較差。

2）深部巷道支護(hù)需充分考慮巷道所處的復(fù)雜地質(zhì)條件、圍巖巖性、支護(hù)體之間的耦合性等因素，特別是考慮“工程軟巖”條件下，應(yīng)當(dāng)充分調(diào)動(dòng)深部巷道圍巖與支護(hù)體形成一個(gè)完整的支護(hù)結(jié)構(gòu)，全面提升支護(hù)整體性，才能更好滿足深部巷道支護(hù)要求。