賈福亮

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉華宮礦， 山西 大同 037000）

引言

巷道中錨桿支護(hù)可以起到懸吊、加固以及合成梁等作用[1]，不僅能夠改變巖體的受力情況，還可增加巖石的穩(wěn)定性，使被支護(hù)巖體轉(zhuǎn)為承載體，進(jìn)而提升巖體承載能力[2]。因此，錨桿支護(hù)技術(shù)具有勞動強(qiáng)度小、支護(hù)及時及對巷道圍巖變形適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)[3-4]。巷道圍巖控制的理論有：組合梁理論，煤巷中通過錨桿作用可將頂板巖層中的煤層進(jìn)行錨固，使這些煤層產(chǎn)生組合梁作用，來使頂板巖層的抗彎曲能力提升，實現(xiàn)穩(wěn)固煤巷巖層[5]；組合拱理論，位于壓縮拱內(nèi)的巖石會受到切向和徑向等三向應(yīng)力狀態(tài)，由于壓縮拱的形成不僅可以提高圍巖的強(qiáng)度，還可提升巖體的支護(hù)能力，保證巖體的承載能力[6-7]；最大水平應(yīng)力理論，巷道圍巖承受的水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力，因此，巷道頂?shù)装宓姆€(wěn)定取決于水平應(yīng)力的大小[8-9]。本文以某礦為研究對象，由于該礦斷面頂板強(qiáng)度低，本文在采用錨桿、錨索及鋼筋網(wǎng)的聯(lián)合支護(hù)形式后，對巷道表面位移及頂板離層等進(jìn)行監(jiān)測，從而驗證巷道支護(hù)的效果，進(jìn)而實現(xiàn)巷道的快速掘進(jìn)。

1 錨桿支護(hù)技術(shù)方案的設(shè)計

本文以某礦為例，該礦煤層頂板中的砂質(zhì)泥巖層遇水極容易產(chǎn)生軟化膨脹現(xiàn)象，因此巷道的開挖和維護(hù)難度比較大。所以，針對該礦斷面頂板強(qiáng)度低，受采動影響顯著，本文選用錨桿、錨索及鋼筋網(wǎng)的聯(lián)合支護(hù)形式。

巷道具體支護(hù)方案為：頂部支護(hù)，頂板采用錨桿的規(guī)格是Φ20 mm×2 400 mm，錨桿間排距是1 000、1 000 mm，設(shè)置為6 根/m，配用蝶形鋼板托盤的尺寸大小是100 mm×100 mm×10 mm 及快速安裝螺帽。對于錨索，選用小孔徑預(yù)應(yīng)力，規(guī)格是Φ17.8 mm×5 200 mm，錨索間排距是2 400 mm、4 000 mm，每4 m 配2 根，配用蝶形鋼板托盤的尺寸大小是300 mm×300 mm×16 mm。配套調(diào)心球形墊圈和鎖具。幫部支護(hù)，采用玻璃鋼錨桿，其規(guī)格是Φ18 mm×2 000 mm，錨桿間排距是1 000 mm、1 200 mm，配用蝶形鋼板托盤尺寸大小是100 mm×100 mm×10 mm 及快速安裝螺帽。此外，護(hù)頂和幫部支護(hù)選用網(wǎng)孔規(guī)格是100 mm×100 mm 的鋼筋網(wǎng)，鋼筋梯子梁與錨桿組合支護(hù)，且錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。鋼筋網(wǎng)采用直徑大小是6.0 mm 的圓鋼焊接，并搭接100 mm 網(wǎng)片，相間200 mm 聯(lián)網(wǎng)兩道；鋼筋梯子梁采用直徑是12 mm 的鋼筋焊接而成。

由于煤礦巷道應(yīng)用永久支護(hù)時間長，造成巷道頂板出現(xiàn)空頂?shù)臅r間延長，對巷道的安全施工有極大影響，因此，本文還應(yīng)用了弱化技術(shù)[10]，具體為：當(dāng)巷道開挖后，立即對易失穩(wěn)的頂板和兩頂角支護(hù)錨桿，并結(jié)合地質(zhì)情況，在距迎頭10～30 m 區(qū)間內(nèi)滯后安裝剩余的錨桿，保證機(jī)械設(shè)備前后能夠平行作業(yè)，可使永久支護(hù)占用巷道的時間大大降低，同時提高掘進(jìn)效率。

2 錨桿支護(hù)效果的分析

為驗證上述采用錨桿支護(hù)方案的合理性，本文對巷道頂?shù)装寮皟蓭臀灰屏俊㈨敯咫x層等進(jìn)行監(jiān)測，觀測其變化情況。

2.1 巷道表面位移監(jiān)測

表面位移監(jiān)測情況布置如下：距迎頭10 m 布置第1 測站，距離20 m 布置第2 測站，以后相間20 m設(shè)置1 個測站，總計10 個測站，且隨作業(yè)面掘進(jìn)，對測站進(jìn)行跟進(jìn)布置。具體為每個測站斷面的頂?shù)装濉蓭椭行奈恢酶鞑贾? 個測點(diǎn)，本文采用“十字法”監(jiān)測頂?shù)装?、兩幫位移的變化量，并結(jié)合鋼卷尺或者測桿測量。下頁圖1 為表面位移監(jiān)測情況布置圖。

圖1 表面位移測點(diǎn)布置圖

本文對掘進(jìn)巷道距離迎頭10 m、20 m 兩個測站的圍巖表面位移進(jìn)行監(jiān)測，得到下頁表1 所示的結(jié)果及下頁圖2、圖3 所示的位移速度變化曲線。

圖2 第1 測站巷道位移速度變化曲線

圖3 第2 測站巷道位移速度變化曲線

從表1 中可對比看出，巷道整個掘進(jìn)期內(nèi)，圍巖頂?shù)装寮皟蓭妥冃尉容^小，且都在可控范圍內(nèi)，僅在監(jiān)測前幾天，巷道位移變化量比較顯著，后逐漸趨于穩(wěn)定，且當(dāng)監(jiān)測7 d 后，圍巖位移不再發(fā)生變化。此外，從測站1 和2 還可對比看出，越接近作業(yè)面的迎頭，位移變形量越顯著。

表1 巷道表面位移監(jiān)測結(jié)果

從圖2 和圖3 中可看出，巷道變形歷經(jīng)急劇變形、平穩(wěn)變形和基本穩(wěn)定三個階段，第1 和第2 測站巷道兩幫變形曲線均比頂?shù)装迩€高，這就表明頂?shù)装逑鲁亮啃∮趦蓭臀灰屏俊Ｇ蚁锏篱_挖7 d 后，巷道圍巖變形量小，頂?shù)装蹇偽灰屏坎淮笥? cm；兩幫總位移量不大于4 cm，表明該錨桿支護(hù)選取的參數(shù)合理，能夠?qū)崿F(xiàn)巷道掘進(jìn)期內(nèi)的穩(wěn)定安全。

2.2 巷道頂板離層監(jiān)測

為避免頂巖石和上部堅硬巖石發(fā)生層間位移，直接導(dǎo)致頂板冒落事故的發(fā)生，對頂板動態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，避免離層現(xiàn)象的產(chǎn)生。本文在距掘進(jìn)巷道迎頭6 m 和12 m 安裝頂板離層指示儀，且每相間100 m 安裝離層儀和記錄牌板。每個測孔安裝兩個基點(diǎn)，淺部基點(diǎn)約3 m，深部基點(diǎn)約8 m。通過對頂板觀測得到表2 所示的結(jié)果，其中，LY-01 至LY-04 為巷道頂板離層監(jiān)測點(diǎn)，安裝數(shù)據(jù)為測點(diǎn)初始頂板離層量。

表2 頂板離層監(jiān)測分析表

從表2 中可看出，監(jiān)測區(qū)間內(nèi)，該礦巷道頂板整體上能維持穩(wěn)定，本文中第2 測站屬于斷層監(jiān)測位置，在巷道掘進(jìn)過斷層時，該測站出現(xiàn)頂板離層現(xiàn)象較小，且應(yīng)用補(bǔ)打錨索加強(qiáng)支護(hù)后，能夠?qū)鷰r滑移進(jìn)行很好的控制，表明錨桿支護(hù)選取的參數(shù)合理，能夠?qū)崿F(xiàn)巷道掘進(jìn)期內(nèi)的穩(wěn)定安全。

3 結(jié)論

本文以某礦為對象，由于該礦斷面頂板強(qiáng)度低，本文選用錨桿、錨索及鋼筋網(wǎng)的聯(lián)合支護(hù)形式，為驗證巷道支護(hù)的合理性，對巷道頂?shù)装寮皟蓭臀灰屏?、頂板離層等進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果表明：

1）整個掘進(jìn)期內(nèi)，巷道變形量比較小，且都在可控范圍內(nèi)，巷道變形歷大致經(jīng)歷三個時段：急劇變形、平穩(wěn)變形和基本穩(wěn)定階段，說明初始階段圍巖運(yùn)動激烈隨后趨于穩(wěn)定。

2）在巷道開挖7 d 后，巷道圍巖變形量均比較小，頂?shù)装蹇偽灰屏坎淮笥? cm；兩幫總位移量不大于4 cm，表明該錨桿支護(hù)參數(shù)選取合理，能夠?qū)崿F(xiàn)巷道掘進(jìn)期間的穩(wěn)定安全。