軟巖巷道支護技術研究與應用

楊廣棟

(汾西礦業集團 生產處，山西 介休 032000)

1 礦井概述

汾西礦業集團下屬某礦是非常典型的軟巖礦井，該礦年產量100多萬t。由于開采深度不斷增加，地質情況變得復雜，出現了大量的地質問題，致使該礦六區回風上山巷道遭受嚴重破壞，已經無法正常回采。

由于擔負著六區和七區的回風和輔助運輸任務，六區回風上山巷道的作用顯得更加突出，它是一條穿層巷道，長約350 m，傾角約20°，設計服務期20年，由于礦山周邊圍巖穩定性差，遇水膨脹，變形量大，致使六區回風上山巷道嚴重扭曲變形。在這一過程中，巷道首先從底板開裂，然后擴展到巷幫，最后使整個巷道失去穩定的底部支撐，巷道支護問題越來越嚴重。巷道破壞的情形見圖1。

圖1 六區回風上山巷道破壞情形圖

2 巷道變形破壞原因分析

2.1 地質的原因

圍巖的原因:該礦的巖性主要為砂巖、礫巖等，礦物成分為高嶺石和伊利石等，這些巖石由于天然的原因，很容易產生細縫且黏合度和結實度較低，再加上軟巖的側面和泥化夾層的向異性發育特點，使其空隙變得很大，具有一定的可塑和流變特點，這就導致在發生破壞時，巷道的變形力度加大，巷道能夠維持自身穩定的時間縮短。同時，由于這些吸水性巖石，遇水極易膨脹和變形，也造成了圍巖和煤層的維持力得到分散，進而導致巷道變形破壞。

2.2 地壓的原因

根據以往的測定數據表明，地壓的原因是造成巷道破壞的一個重要方面。根據實際測定數據顯示，在煤礦開采過程中，巷道圍巖受到兩個方向力的綜合作用，分別由來自上方的垂直應力和由于巷道開掘所形成的水平應力，在這兩個力作用下，一旦巖石的流變性超過其抗拉強度，巷道兩側的幫就會向內側靠攏，頂板下沉，底板出現大的裂隙，產生底鼓現象。

2.3 支護結構的原因

1)初始支護措施采用的是錨網支護，是按照擠壓和固拱原理進行設計的，設計自承圈厚度約600 mm，遠達不到錨桿長度，很難提供較大的壓力，造成固拱破壞、圍巖變形甚至巷道整體失去穩定性。

2)初始支護采用錨網噴支護，由于混凝土支護剛度大，柔性差，不能適應巷道初期應力變化快、變形量大的特點。

3)初始支護采用錨網支護，二次支護采用錨網噴支護，這樣的組合措施也沒有達到目的，究其原因主要是因為初始支護采用后，巷道變形的太快，這時二次支護還不能提供穩定的支護力量，巷道就已經遭到了破壞。

2.4 施工的原因

1)采用新奧法施工。這種施工方法首先要求完成初始支護，待巷道圍巖的變形相對穩定之后，再進行二次支護;但在實際施工操作過程中，在完成巷道的初始支護后，往往還沒有達到圍巖相對穩定，緊接著就進行二次支護，即使如此快速施工，仍不能對巷道做到有效支護。

2)由于新奧施工法的二次支護是全斷面等強支護，但是巷道圍巖應力存在不均勻分布的特點，常常導致最薄弱部分先受到破壞，巷道也就失去了穩定性。

3)二次支護的時間、支護結構等很難確定，初始支護完成后，需要再用儀器測量圍巖的支護壓力、巷道表面位移及圍巖內部位移等指標，根據測得結果進行理論分析，再來確定二次支護的具體時間和支護結構等。這一套過程非常復雜，具體操作性不強。

3 六區回風上山支護設計

3.1 斷面形狀與支護形式的確定

巷道斷面的形狀不同，巷道周邊應力分布狀態也不同，矩形、梯形和拱形巷道都存在拐角，在拐角處易出現應力集中現象，不利于巷道的穩定。為了避免這種現象的產生，需要找尋盡量減少應力集中的巷道斷面形狀。圓形巷道不存在拐角，也就不存在應力集中的現象，在依次考慮軟巖特性、巷道斷面尺寸和服務年限等指標后，確定巷道斷面形狀圓形的尺寸大小。

巷道支護形式的確定主要考慮以下幾方面的因素:巷道圍巖性質、地壓大小、斷面尺寸和服務年限等。六區回風上山是一條穿越多層地質變化的巷道，期間巖性變化較大，圍巖泥巖層多，且泥巖的膨脹應力和膨脹率還都很大，最大膨脹應力為110 MPa，膨脹率高達2 300%，最大抗壓強度不大于20 MPa。該礦二井地區地壓較大，最大主應力為1 400 MPa。巷道掘進斷面最大跨度為4 100 m，確定服務年限20年。根據這些條件，確定復合支護作為巷道的支護形式措施，初次支護采用錨桿、錨索、網、鋼筋梯和1次噴射混凝土，二次支護采用可縮鋼棚和2次噴射混凝土。

結果如圖5所示，Rh2-S誘導K562和KG1a細胞24 h后，與對照組比較，HDAC6和HSP90蛋白表達水平顯著降低（P＜0.05），α-tubulin蛋白表達水平沒有變化，但是Ac-α-tubulin蛋白表達水平顯著升高（P＜0.05）。

3.2 支護設計

依據錨噴巷道支護理論來計算錨桿支護技術參數，因不同的方法選擇的參數也會有差異，計算時采用加固拱原理計算巷道支護設計方法，圍巖松動圈理論進行設計。支護參數計算如下:

1)錨桿長度為2.4 m，錨桿間排距為650 m，錨桿直徑22 mm，錨桿錨固力5 t。

2)錨索材料為鋼絲，長約7 m，直徑不大于15.24 mm。

3)錨固劑為防水或水泥錨固劑，其型號為Z2353。

4)錨桿采用端頭錨固，深部快速卷1個。選擇端頭錨固錨索，深部快速藥卷1個。

5)金屬網直徑不大于3 mm，經緯網網格尺寸為45 mm×45 mm，網寬1 m。

6)錨桿鉆頭直徑不大于28 mm。六區回風上山的支護措施見圖2。

圖2 六區回風上山支護設計圖

4 巷道現場壓力測試

4.1 測試目的

根據測定結果，檢查選定的支護防護措施、錨桿的技術參數計算和巷道整體的設計是否合理，得到測試結果后，可以為下一步巷道設計做出改進提供數據支撐，并提供相應的技術參數。

4.2 現場壓力測試

這次巷道壓力測試是在該礦六區回風上山設置2個測試點，分別在2個測試點上安裝錨桿、錨索測力計和巷道表面位移測試儀。

在一次支護工序完成后進行壓力測試，圍巖壓力變化曲線見圖3。

圖3 圍巖壓力分析曲線示意圖

由圖3可以看出，頂錨拉力開始先有緩慢下降的趨勢，這可能與巖層受到的壓力分布不均勻有密切關系。錨索拉力在開始時不斷升高，可以得出，錨索對深部巖層受力起到了一定作用。但對總體測試結果分析，它們受到的力不大，且逐漸趨于平穩。還可以得出，壓力基本上沒有太大的變化，可能與沒有迅速安裝測試儀器有一定的關系。

5 結論

設計的初次支護防護措施采用錨桿、錨索、網、鋼筋梯和1次噴射混凝土，二次支護采用可縮鋼棚和2次噴射混凝土的支護措施有效，達到了較理想的效果，巷道狀態穩定。

該設計方案對有效控制巷道底鼓也是可行的，解決了多年來存在的問題，為礦井安全生產打下了基礎，為以后永久巷道支護設計做了有意義的探索。