對于深部軟巖巷道錨噴注強化承壓拱支護機理及其應(yīng)用分析

蘇禮沖

(山東東山王樓煤礦有限公司,山東濟寧 272000)

對于深部軟巖巷道錨噴注
強化承壓拱支護機理及其應(yīng)用分析

蘇禮沖

(山東東山王樓煤礦有限公司,山東濟寧 272000)

近年來,我國大部分地區(qū)煤礦均已進入深部開采階段,各類高新技術(shù)的應(yīng)用為煤礦開采工作的順利開展添加了源動力。在本文中,筆者主要結(jié)合深部軟巖巷道受礦壓影響形成的結(jié)構(gòu)特點,對復(fù)雜應(yīng)力場與高滲透壓作用下的變形破壞原理進行深入研究,以“恢復(fù)應(yīng)力、增強圍巖、修復(fù)固結(jié)以及主動卸壓”為重要前提,制定了集密集高強錨桿承壓拱、厚層鋼筋網(wǎng)噴層拱以及滯后注漿加固拱于一身的錨噴注強化承壓拱支護技術(shù),并對該技術(shù)促進成拱與強化支護機理進行簡單介紹,通過案例實踐,為該技術(shù)的應(yīng)用價值提供可靠依據(jù)。

深井軟巖巷道 成拱支護機理 應(yīng)用研究

1 深部巷道破壞機制與處理措施

1.1 復(fù)雜圍巖應(yīng)力場作用

七采下車場巷道埋深700m以上，原巖應(yīng)力高達25Mpa，深部煤系地層應(yīng)力場由于構(gòu)造應(yīng)力的影響，因此勢必會更高。深部應(yīng)力場較為復(fù)雜，因此巷道經(jīng)掘進后會呈現(xiàn)出圍巖應(yīng)力集中、非固有屬性惡化、強度不高等現(xiàn)象。普通的支護系統(tǒng)在這種環(huán)境下無法發(fā)揮出應(yīng)有作用。通常施工人員在面對這一情況時，會通過促進圍巖不斷變形，失穩(wěn)進入圍巖破裂損傷地帶的方式，使應(yīng)力受壓向深部擴展，直至達到新的平衡。

1.2 深部巖體的流變特性

受到深部復(fù)雜應(yīng)力場的影響，部分普通巖石開始逐漸朝著軟巖演化，呈現(xiàn)出易碎、柔軟、膨脹以及流變等特點。為確保巷道能夠正常使用，施工人員一般會專門委派專業(yè)人員在施工期間對其進行反復(fù)修整，為后期的工程施工打下堅實的基礎(chǔ)。

1.3 高滲透壓力作用

在深部巷道中，高應(yīng)力與高滲透壓產(chǎn)生耦合作用，巖體裂隙越來越大，裂化程度日益加劇。因此，七采下車場巷道圍巖在高滲透壓作用下，軟弱結(jié)構(gòu)面的強度特性與變形特性會進一步呈現(xiàn)出不同程度的差異。結(jié)合七采下車場巷道這一特點，筆者提出了錨噴注強化承壓拱支護技術(shù)，旨在緩解錨固區(qū)圍巖裂化程度，加強穩(wěn)定，并進一步通過穩(wěn)定錨固實現(xiàn)對非錨固區(qū)的徑向限制，以確保巷道保持穩(wěn)定，解決深部巷道難于控制的問題。

2 深井巷道強化承壓拱支護原理

2.1 密集高強錨桿承壓拱支護機理

在拱形斷面巷道錨桿錨固區(qū)域中，高預(yù)緊力高強錨桿加固的作用范圍比較類似于一段相互疊加的圓弧，從而形成一個連續(xù)壓應(yīng)力承壓拱，輔助圍巖承擔(dān)上部巖體的附和。

常規(guī)錨桿支護與集中式錨桿支護的承壓拱形形成機制如圖1所示。從圖1可發(fā)現(xiàn)，拱形巷道設(shè)定的錨桿深部間距越大，有效成拱厚度越小。使用集中式錨桿支護后，地壓應(yīng)力承壓拱范圍得以擴展，錨桿深度間距縮小，有效成拱厚度也越大，最終形成高壓應(yīng)力連續(xù)承壓拱。該承壓拱能大幅度提升圍巖受力性能，增強巖體殘余強度，進而實現(xiàn)巷道圍巖的高穩(wěn)定性。

圖1 不同錨桿密度支護承壓拱形成原理

2.2 厚層鋼筋網(wǎng)噴層拱支護機理

巷道經(jīng)開采后，向錨桿施加高預(yù)應(yīng)力，增強圍巖應(yīng)力性能，對保持圍巖結(jié)構(gòu)的完整性大有裨益。就目前使用的錨噴支護技術(shù)，由于圍壓不均，效能不高，因此無法真正實現(xiàn)對圍巖強度的改善，并不利于維持深部軟巖巷道圍巖的穩(wěn)定性。而本文所提出的噴漿封閉圍巖技術(shù)卻能有效解決這一問題，使用這一技術(shù)，能有效增加噴層厚度，使鋼筋網(wǎng)混凝土結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，抗彎性能與剛性也得以提升，具有極強的適應(yīng)能力。而集中式高強錨桿所施加的整體預(yù)應(yīng)力的功能也為此得以充分發(fā)揮，有效分散了復(fù)雜應(yīng)力，使圍巖支護的應(yīng)用性更強。

2.3 滯后注漿加固拱支護原理

七采下車場巷道施工周期長，巷道圍巖塑性區(qū)獲得擴展，圍巖結(jié)構(gòu)經(jīng)劣化后，巷道深部裂隙更為嚴重。所以，在密集高強錨桿壓厚層鋼筋網(wǎng)噴層拱封閉圍巖條件下，予以注漿很有必要。經(jīng)注漿后，巷道圍巖殘余注漿壓力將獲得緩解，圍巖應(yīng)力性能得以改善，并有效避免了水頭壓降等現(xiàn)象的發(fā)生，成功削弱了深部高滲透壓對圍巖裂隙的不利影響。使用殘余力較高的注漿壓力，使?jié){液填滿圍巖裂隙的各個角落，彌補了錨桿與孔壁間隙以及深部裂隙區(qū)，使承壓拱的整體結(jié)構(gòu)更加完整，作用范圍得以延伸，有利于維護巷道深部支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，最終形成的密度高強錨桿，能夠輔助節(jié)理充分發(fā)揮抗剪作用，限制了結(jié)構(gòu)弱面的發(fā)展，提高了結(jié)構(gòu)的控制力與適應(yīng)能力。

3 工程應(yīng)用效果分析

七采下車場巷道采用錨噴注強化承壓拱支護技術(shù)，對深井巷道支護系統(tǒng)進行了加固。為了解該技術(shù)的應(yīng)用情況，施工人員特設(shè)監(jiān)測裝置，對巷道表面位移情況進行檢測。檢測數(shù)據(jù)顯示，七采下車場巷道頂板收斂速率保持在1.34mm/d，并在45d后出現(xiàn)減速趨勢。兩幫收斂率為3.12mm/d，并在30d后出現(xiàn)減速趨勢，平均速率保持在0.43mm/d左右，明顯低于原有錨固支護的3.1mm/d。監(jiān)測所得各項指標數(shù)據(jù)表明，錨噴注強化承壓拱支護技術(shù)有效緩解了圍巖變形速率，增強了支護效果，在深井軟巖巷道中充分發(fā)揮出了控制功能。

4 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合深部軟巖巷道受礦壓影響形成的結(jié)構(gòu)特點，對深部巷到變形破壞原理的探討，提出錨噴注強化承壓拱支護技術(shù)，最終發(fā)現(xiàn)，錨噴注強化承壓拱支護技術(shù)能有效控制圍巖收斂速率，增強支護應(yīng)力性能，為支護裝置的穩(wěn)定性提供了良好保障，具備推廣應(yīng)用的意義與價值。

[1]孟慶彬.深部高應(yīng)力軟巖巷道變形破壞機理及錨注支護技術(shù)研究[D].山東科技大學(xué),2011.

[2]包海玲.地下傾斜巷道變形場數(shù)值分析及支護優(yōu)化[D].合肥工業(yè)大學(xué),2012.