郭 君

（汾西礦業(yè)集團(tuán)基本建設(shè)管理部， 山西 介休 032000）

引言

當(dāng)前隨著我國(guó)煤礦開采行業(yè)的不斷向前發(fā)展，煤礦開采深度也在不斷加大，在煤礦井下掘進(jìn)工作過(guò)程中經(jīng)常會(huì)受到一些復(fù)雜地質(zhì)條件因素的影響，造成煤礦井下掘進(jìn)工作面開采工作困難，同時(shí)對(duì)工作人員的人身安全造成威脅。對(duì)此，在一些復(fù)雜的巖巷掘進(jìn)工作過(guò)程中，需要對(duì)巷道支護(hù)技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用，要有效做好地質(zhì)力學(xué)參數(shù)測(cè)試以及巷道破壞理論分析，結(jié)合實(shí)際工作條件對(duì)支護(hù)工作方法進(jìn)行合理選擇與使用。現(xiàn)階段，在我國(guó)各大煤礦巷道掘進(jìn)施工當(dāng)中，高預(yù)應(yīng)力支護(hù)施工技術(shù)在其中應(yīng)用非常普遍，可以有效解決復(fù)雜地形條件下，煤礦巷道掘進(jìn)工作中存在的各種安全隱患問(wèn)題，保證整個(gè)巖石巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高煤礦開采工作效率，實(shí)現(xiàn)煤礦開采工作單位的良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 工程概況

某煤礦開采工作面巷道地面標(biāo)高范圍在1156～1436 m 之間，煤礦井下標(biāo)高范圍在668～750 m 之間，平均埋深為500 m，巷道總設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1780 m，預(yù)計(jì)服務(wù)年限為2 年。本次巷道坡度最小為2°，最大為11°，平均大小為6°。隨后掘進(jìn)工作過(guò)程中回風(fēng)巷道會(huì)對(duì)試驗(yàn)巷道產(chǎn)生動(dòng)壓干擾，并且南部位置的開采工作面已經(jīng)回采結(jié)束，對(duì)該位置的創(chuàng)造也會(huì)產(chǎn)生一定的壓力。對(duì)此，為了有效解決復(fù)雜巖巷存在的壓力影響和不穩(wěn)定性問(wèn)題，項(xiàng)目工程單位通過(guò)采取高預(yù)應(yīng)力支護(hù)技術(shù)有效保證巖層結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

2 地質(zhì)力學(xué)參數(shù)測(cè)試分析

通過(guò)前期的地質(zhì)勘查，發(fā)現(xiàn)煤礦巷道的頂板位于0～0.7 m 的厚度位置，主要是以泥質(zhì)砂巖材料為主，材料的整體呈灰色狀，并且整個(gè)巖層結(jié)構(gòu)的整體性較強(qiáng)。在巖層結(jié)構(gòu)0.7～4.5 m 的厚度范圍內(nèi)分布有大量的石灰?guī)r材料，材料主要是以灰白色狀為主，密實(shí)程度較高，同時(shí)材料比較堅(jiān)硬，在煤礦巷道1～1.3 m厚度范圍內(nèi)存在大面積的縱向裂縫情況。1.9～2.6 m之間裂隙發(fā)育程度相對(duì)較高，3.5～4.5 m 之間賦存多條方解石巖脈。4.9～10 m 范圍主要是以泥質(zhì)砂巖為主巖層結(jié)構(gòu)，整體呈灰色狀泥質(zhì)鉸接程度較高，同時(shí)在4.5～6.5 m 之間巖層結(jié)構(gòu)構(gòu)成比較完整，6.5 m 位置存在比較明顯的橫向裂縫。10～15 m 之間主要是以細(xì)砂巖為主巖層結(jié)構(gòu)，整體呈灰色狀質(zhì)地比較堅(jiān)硬[1]。

3 巖層巷道破壞機(jī)理

3.1 頂板變形破壞特征分析

煤礦巷道的頂部位置分布著大量質(zhì)地比較堅(jiān)硬的巖石條件，同時(shí)煤礦巷道兩邊受到的橫向壓力作用較大，巷道基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的變形情況。與此同時(shí)，頂板區(qū)域的分層位置存在比較嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)彎曲以及基礎(chǔ)下沉問(wèn)題，巷道上部結(jié)構(gòu)位于頂板位置的空間出現(xiàn)明顯的變形狀態(tài)，主要是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)在受到周圍擠壓應(yīng)力的作用下產(chǎn)生變形。通過(guò)對(duì)一個(gè)或者多個(gè)頂板分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力條件分析，裂隙程度越高則所形成的變形量也就越大，造成基礎(chǔ)巖體結(jié)構(gòu)下部平衡性不足，存在一定的不穩(wěn)定性問(wèn)題，下部鉸接巖塊的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相對(duì)較高，在水平方向上的受力程度相對(duì)較大。其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與水平方向上的受力，以及頂板位置的厚度跨比有著直接的關(guān)聯(lián)，上部結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的裂隙穩(wěn)定性相對(duì)較高，并且具有一定的承受能力，在煤礦開采工作過(guò)程中，內(nèi)部的應(yīng)力受力狀態(tài)會(huì)進(jìn)一步加大，同時(shí)頂板位置會(huì)出現(xiàn)基礎(chǔ)下沉，形成上部裂隙彎曲結(jié)構(gòu)，以頂板位置的受力條件為基礎(chǔ)，主要承載整個(gè)巖巷的豎直方向平衡受力[2]。煤礦巷道定邊變形如下頁(yè)圖1 所示。

圖1 煤礦巷道定邊變形

3.2 兩幫和底板位置結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性分析

試驗(yàn)巷道是以基石巷道結(jié)構(gòu)為主，兩幫為泥巖層，相比于煤幫而言，巖巷的整體結(jié)構(gòu)構(gòu)成比較穩(wěn)定，巷道支護(hù)工作更加簡(jiǎn)單，但是如果巷道位于相鄰的巷道掘進(jìn)方向，或者是回采工作面的平面方向，在回采過(guò)程中經(jīng)常會(huì)對(duì)周圍的巖體結(jié)構(gòu)形成一定的擾動(dòng)和影響。當(dāng)形成高應(yīng)力受力區(qū)域時(shí)，加上巖體結(jié)構(gòu)外表面容易受到風(fēng)化作用而產(chǎn)生破裂，此時(shí)煤礦巷道容易產(chǎn)生整體性破碎問(wèn)題，進(jìn)而會(huì)造成頂板出現(xiàn)變形以及整個(gè)煤礦巷道產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞。相反，當(dāng)巷道位于相鄰區(qū)域的掘進(jìn)工作面，或者是回采工作面條件下，經(jīng)常會(huì)受到應(yīng)力擾動(dòng)而產(chǎn)生不穩(wěn)定性情況，在后續(xù)對(duì)煤礦巷道外表面進(jìn)行噴漿處理過(guò)程中，會(huì)造成煤礦巷道兩幫的碎片出現(xiàn)變形，巷道整體穩(wěn)定性有所下降[3]。

3.3 煤柱尺寸對(duì)于巷道穩(wěn)定性所產(chǎn)生的影響

寬度較窄的煤柱直接沿著空掘巷道方向上延伸，影響空掘巷道穩(wěn)定性的影響因素，主要體現(xiàn)在開采場(chǎng)的數(shù)值和橫向方向上的支撐壓力分布情況，受到相鄰回風(fēng)巷道掘進(jìn)受力所產(chǎn)生的干擾，相鄰工作面的巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也會(huì)受到一定的擾動(dòng)，動(dòng)壓表現(xiàn)比較明顯，煤柱尺寸的留設(shè)工作過(guò)程中，需要盡可能避開一些頂板的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，或者是應(yīng)力集中區(qū)域需要有效滿足低位瓦斯的抽采工作要求和標(biāo)準(zhǔn)。

4 設(shè)計(jì)工作方案和技術(shù)參數(shù)分析

4.1 原支護(hù)結(jié)構(gòu)方案評(píng)價(jià)和分析

本次巷道結(jié)構(gòu)主要是以延時(shí)巷道為主，周圍會(huì)受到回風(fēng)巷道掘進(jìn)施工所產(chǎn)生的影響，開采工作面的采空區(qū)域穩(wěn)定性有所不足，同時(shí)圍巖結(jié)構(gòu)的受力條件比較復(fù)雜，巷道后續(xù)的變形量相對(duì)較大。通過(guò)井下調(diào)研工作可以看出，在掘進(jìn)工作過(guò)程中煤礦巷道的頂板位置穩(wěn)定性較高，同時(shí)基礎(chǔ)下沉量較小，但是構(gòu)造段的頂板破碎問(wèn)題比較明顯，整體呈現(xiàn)出凹凸不平狀態(tài)，局部位置產(chǎn)生破碎和冒落，部分巷道出現(xiàn)偏旁和破碎問(wèn)題，進(jìn)而兜網(wǎng)和錨桿出現(xiàn)后部空洞情況，隨著該開采工作面回風(fēng)巷道掘進(jìn)工作的推進(jìn)，在煤礦礦道掘進(jìn)工作過(guò)程中，必須要對(duì)巷道周圍的應(yīng)力處理?xiàng)l件情況進(jìn)行分析和監(jiān)測(cè)，同時(shí)可以在煤礦礦道的兩側(cè)位置使用單體錨桿進(jìn)行加固處理，有效保證基礎(chǔ)面支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。如果支護(hù)完成之后，航道兩側(cè)區(qū)域的應(yīng)力擴(kuò)散效果達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，受力條件相對(duì)較差則會(huì)造成巷道的支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)a(chǎn)生更加嚴(yán)重的巖體破碎和巷道坍塌等事故[4-5]。

4.2 支護(hù)工作方法

在煤礦巷道的頂板位置設(shè)置出一定數(shù)量的支護(hù)錨索，并且需要對(duì)錨索的間距大小進(jìn)行有效控制，本次巷道支護(hù)錨索的間距大小設(shè)定為1000 mm，剩余部分的支護(hù)參數(shù)需要進(jìn)行更精確的計(jì)算。通過(guò)對(duì)煤礦巷道表面位移監(jiān)測(cè)量信息進(jìn)行分析，其中頂板位置的最大下沉量約為22 mm，兩側(cè)位置的基礎(chǔ)下沉量最大達(dá)到14 mm。相比于整個(gè)煤礦巷道的尺寸所形成的變形量相對(duì)較低，可以保證在標(biāo)準(zhǔn)的控制工作范圍之內(nèi)。從巷道的巖體結(jié)構(gòu)變形時(shí)間上進(jìn)行分析，巷道的整體變形量大小主要是在開采工作過(guò)程中，進(jìn)入到工作區(qū)域超過(guò)深度范圍的巷道變形，對(duì)于超過(guò)深度范圍的巷道變形量會(huì)逐漸趨于穩(wěn)定，則說(shuō)明本次煤礦放到在支護(hù)工作效果上達(dá)到了預(yù)期的要求。通過(guò)對(duì)支護(hù)錨桿的受力條件情況以及受力變化分析，可以得出錨桿在最初的受力大小方面，受力區(qū)間在38～56 kN，與錨桿最初所施加的300 N·m 設(shè)置參數(shù)基本保持相同，其中存在個(gè)別錨桿受力相對(duì)較小，主要和煤礦巷道的巖體構(gòu)成條件，以及表面的破碎程度之間有著直接的關(guān)聯(lián)。整體而言，由于錨桿的受力條件相對(duì)比較穩(wěn)定，同時(shí)在極限工作狀態(tài)下，錨桿的受力穩(wěn)定性相對(duì)較強(qiáng)，則說(shuō)明錨桿的支護(hù)設(shè)計(jì)比較合理，可以充分發(fā)揮出錨桿的支護(hù)作用和效果。通過(guò)對(duì)錨桿錨索受力條件進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，可以有效了解巷道不同位置的變形情況，有效獲取錨桿的受力條件變化參數(shù)。

5 結(jié)語(yǔ)

錨桿錨索施加高預(yù)緊力智護(hù)工的方法，可以有效保證整個(gè)煤礦巷道的支護(hù)工作效果，與項(xiàng)目工程施工進(jìn)度之間有效配合，充分提高煤礦開采工作效率和安全性，為推動(dòng)我國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。