深井沿空掘巷巷道支護參數研究

孫暉

【摘 要】本文介紹巷道圍巖破壞機理和錨網索聯合支護機理的基礎上，分析深井沿空掘巷主要特征，闡述支護方式重點。同時結合錨網索聯合支護在陳蠻莊礦支護中成功的實踐，論證了錨網索聯合支護在深井沿空掘巷支護中應用的可靠性，同時為同等條件下的支護應用進行工程類比借鑒。

【關鍵詞】圍巖破壞機理；錨網索聯合支護；支護機理

近年來，隨著煤礦開采技術的不斷提高，煤礦資源開發深度超過千米，由于地壓大、應力高等原因，導致深井掘進、支護困難，返修率高，從而產生底鼓、頂板下沉、兩幫收斂變形、冒頂、片幫等一系列問題。在下區段工作面回采后，由于頂板巖層的冒落及上覆巖層的移動，引起了圍巖應力的重新分布，在采空區兩側產生側向支撐壓力，并且由于采空區邊緣向煤體深處形成了應力降低區、應力升高區和原應力區。但是由于各礦井地質條件千差萬別，針對以上問題，通過對陳蠻莊煤礦東翼3100采區現場實測的相關數據分析，對3102軌道順槽沿空掘巷巷道支護參數進行研究。

1 試驗巷道的工程地質條件

該巷道北鄰3103工作面采空區，工業廣場保護煤柱線以東，巷道設計長度460m。煤（巖）層為單斜構造，煤巖層傾角12～28°平均20°，老頂為6.3m粉砂巖，直接頂為1m泥巖。直接底為0.6m泥巖，老底為8.4m細砂巖，煤厚平均3.1m，煤層結構簡單。

該巷道掘進區域內有DF37正斷層，落差0～6m，對掘進影響較少，采空區位于巷道傾斜方向下方，因此不受采空區積水浸泡影響。

2 巷道圍巖的破壞機理

受應力環境作用，深部巷道圍巖的結構效應降低，甚至不起作用，而圍巖的擠壓變形、剪切滑移的塑形屈服破裂膨脹，導致巷道底鼓、斷面收縮。當變形發展到一定程度，就會發生片幫或跨冒等現象。最初，變形地壓與阻止圍巖的位移成正比，即支護結構剛度越大，變形地壓越大。隨著圍巖變形的增加，其地壓也隨之減少。同時，圍巖變形釋放的過程也是圍巖本身強度降低的過程。當圍巖變形發展到一定量值時，圍巖強度發生惡化，不能自穩，從而發展為松脫地壓，即頂板松脫巖體在自重的作用下發生跨冒，底板鼓起，兩幫擠進。

3 錨網索聯合支護機理

錨桿支護具有快速、主動的優點。在巷道表面圍巖內施加預應力錨桿，使巷道表面圍巖由兩向應力變為三向應力狀態，在其內部形成支護結構。在巷道圍巖變形和應力調整過程中，錨桿與巷道圍巖產生作用與反作用，錨桿的支護阻力隨之增大。錨桿使在其長度范圍內的巖體內部形成具有一定強度和厚度的“壓力拱”來承受地壓，從而大幅度降低圍巖的變形量，使巷道處于穩定狀態。

錨桿加固雖然對提高圍巖極限強度沒有明顯的效果，但對提高圍巖破壞后的殘余強度有顯著作用。巷道周圍，錨桿與其錨固范圍內的巖體構成錨固體，當這個錨固體中的巖體在圍巖集中應力作用下發生破壞時，其承載能力降低并產生變形，同時圍巖的集中應力向深部轉移，在此過程中，錨固體通過錨桿約束作用，使塑形破壞后易于松動的巖體構成具有一定承載能力和適應自身變形的錨固平衡拱。

錨索支護一方面起到懸吊作用，一方面也起到組合加固作用。組合加固與懸吊作用的結果使巷道上位巖層中的應力向煤幫更深轉移，從而降低了巷道兩幫與地板中的應力。

4 支護方式

3102軌道順槽斷面為矩形，寬度4500mm，高度3000mm，頂板每排布置7根Q500-20×2400mm高強預應力左旋無縱筋錨桿+W鋼帶+鋼筋網+錨索聯合支護。錨桿間排距750×800mm，錨索“1—2—1”支護在W鋼帶空檔內，錨索Φ17.8mm，錨固力不小于200KN。幫部采用等強螺紋鋼錨桿+W鋼帶+鋼筋網+錨索聯合支護，錨桿間排距800×600mm，錨索“三花”布置，分別距頂板1500mm、1000mm打設在W鋼帶空檔內

5 支護效果

為了掌握3102軌道順槽巷道圍巖活動規律及支護效果，為今后進一步優化和改進錨網索支護的參數提供依據，在3102軌道順槽使用“十字”交叉法設置6個表面位移測點以及5個頂板離層測點。通過每10天觀測一次進行數據記錄，通過數據顯示，兩幫表面移近量最大為100mm，如圖可以看出，巷道斷面收斂很小，兩幫變形得到有效控制。頂板下沉量最大為20mm，可見，采用錨網索聯合支護對巷道頂板取得良好的支護效果。

6 結論

6.1 深井沿空掘巷應力大，目前屬于支護較困難巷道類型之一，在頂板條件較好情況下，采用錨網索合理布置，可以對頂板進行有效的控制。

6.2 頂板錨桿能增加頂板下位巖層的完整性，形成“組合拱”，從而形成完整的承壓層。

6.3 錨索錨入深部穩定巖層，使淺部與深部形成有效組合，對頂板及幫部起到較好的加固作用。

[責任編輯：曹明明]