巷道局部圍巖松動破碎帶的支護實踐應用

郗金華,張言海(山東井亭實業公司,山東　滕州　277500）

巷道局部圍巖松動破碎帶的支護實踐應用

郗金華,張言海
(山東井亭實業公司,山東滕州277500）

摘要：圍巖松動破碎巷道的支護方式一直是煤礦安全生產的一大難題,對該問題的研究無疑對巷道施工特別是巷道維修工作、保證安全生產具有重要意義。

關鍵詞：破碎帶；支護；應用；巷道圍巖

1　概況

井亭實業公司的前身是山東能源棗礦集團井亭煤礦,礦井于2006年破產改制,擁有近40年的開采歷史。該礦井主采煤層共有四層，分別為煤2、煤3、煤14、煤16。近年來，由于礦井資源枯竭，礦井開始對煤3進行復采，煤3直接頂板為泥巖中砂巖,灰白色中粒石英砂巖,堅硬不易冒落厚5-10m左右,底板為泥巖砂泥巖互層，黑色松軟含植物根化石,砂巖為灰色細沙。由于是三層煤復采,煤巖層受到初次開采的破壞，周圍的應力也發生了改變，硬度降低,變軟變脆,極易破碎，巖層層理節理也隨之變化,綜上所述，因此增大了巷道圍巖的破碎性。以往，該礦井的巷道支護形式多采用錨網噴支護。35軌道下山布置在煤3之中,支護形式為錨噴支護,半圓拱,支護材料為Φ14mm×1500mm的等強度鋼筋錨桿配合快速水泥錨固劑,設計毛斷面5.51m2、凈斷面4.4m2，服務年限3年。該巷道施工到圍巖破碎帶狀況為:巷道兩幫片幫、圍巖松動圈擴大、圍巖的硬度降低，頂板局部離合，巷道破壞較嚴重，影響了35采區的運輸，同時形成了安全的隱患有待于急需解決。

2　巷道圍巖破壞原因分析

2.1巷道破壞的原因分析

35軌道下山由于在三層煤復采區施工，煤巖層受到過初次采動的影響，回采后引起了巷道周圍的應力重新分布后，雖然周圍的應力趨于穩定，巷道周圍圍巖變形量也隨之變小，但巷道重新開始布置掘進，在掘進的施工中爆破作業中，圍巖變形量按流變規律不斷緩慢地增長，巷道周圍巖應力改變并再次重新分布，隨著塑性區和圍巖松動圈的顯著擴大，伴隨著圍巖變形急劇增長，出現了頂板離合冒落，兩幫片幫等巷道破碎現象。所以,該礦井在三層煤復采區域進行掘進施工時，圍巖的松動破碎現象普遍存在。該巷道表現出的主要破壞狀況有:頂板下沉局部離合、底板底鼓變形、兩幫片幫等。具體表現有:①錨桿受壓力影響錨固失效，個別出現崩盤現象,充分證明了巷道頂板受壓嚴重,壓力應在50-100kN以上。②巷道的圍巖破碎程度大,錨桿大板下垂凸起,圍巖表層破碎度均在Φ80-200mm之間,說明圍巖硬度降低,并且所受采動的影響導致擠壓力變大;通過觀察漏矸空洞,測量破碎帶的厚度達到0.3-0.7m之間。③頂板出現了局部錨桿脫落,說明巷道局部的松動圈深度已超過錨桿錨固的長度,在1.5m以上。④頂板凹凸變形，部分錨桿深陷圍巖之中,圍巖移近量增大,出現散巖經常掉落，說明巷道周圍均受到較大壓力。⑤巷道圍巖破碎帶顯現基本一致,無突變,說明巷道受力均衡,屬連緩慢量變現象,就是通常所說的“軟勁”。

2.2圍巖受到破壞的原因分析

巷道圍巖破壞的原因有：①受初采時采動壓力影響,使巷道周圍整體全方位受到破壞;②巷道的圍巖受到采空區影響因素，局部未垮落帶長期風化、粉化,造成巷道圍巖的破碎;③巷道掘進時施工爆破作業時對周圍圍巖的損壞;④煤3的頂底板巖性決定了其狀況。

2.3圍巖參數分析

35軌道下山設計承擔3煤3501、3502、3503、3505四個工作面開采需要,該軌道下山同時還承擔進風巷、運輸巷作用，所以,必須對其進行徹底的有效支護,滿足當前礦井生產運輸需要。根據巷道現狀、圍巖特性、服務年限、滿足生產的數據參數等,在施工設計方案中，應將巷道圍巖3年的變化量、移近量等因素做考慮,即:巷道設計斷面=最小斷面+3年變化量。根據現場觀察測量和以往施工經驗推斷,圍巖相對移近速度為200mm/а,也就是頂板下沉、底鼓、兩幫的絕對位移速度均為100mm/а左右。

3　圍巖破碎帶支護方式的優化比較

3.1支護設計思路

（1）針對頂板下沉,不能硬性控制,只能相對限制,或者將下沉量消化在設計斷面中。

（2）針對底鼓,根據變化量的大小,適時采取臥底的方法解決。

（3）針對兩幫位移,采取開幫卸壓法處理,即將兩幫局部支護拆除,開幫放矸卸壓,然后重新補齊支護。

（4）針對新產生的破碎矸石掉落問題,采用枇子、竹笆、撐棍腰幫接頂控制。

3.2支護方式選擇

（1）錨網支護。礦井巷道錨噴支護時通常選用錨桿長度Φ14mm×1500mm的等強度鋼筋錨桿，支護長度有限,錨桿錨固力為40KN/根，由于圍巖松動圈擴展過大,局部松動圈深度已超過錨桿長度,在1.5m以上，錨桿部分出現錨固失效崩盤現象,說明巷道受壓情況比較嚴重,頂板壓力在50-100kN以上，錨桿支護方式不能有效的進行支護。所以,該巷道施工到圍巖破碎帶時已不適合錨噴支護。

（2）工字鋼梯形棚支護。架棚支護雖然屬于被動承壓支護方式,但是能夠在有效的范圍內硬性控制圍巖應力,尤其使用竹笆、枇子、撐棍能有效地防止散巖撒落,而且在巷道壓力大時，針對巷道兩幫移近量、底鼓可分別采用開幫卸壓法和臥底法解決,即可滿足巷道圍巖各參數對應方案要求。所以,確定工字鋼梯形棚支護為巷道支護形式。

3.3支護方式的確定

根據圍巖特性和工字鋼梯形棚支護的特點,以高度可縮量來消化頂板下沉量。巷道施工方案實施：35軌道下山在施工到復采區圍巖破碎帶時，采用工字鋼棚架棚支護。巷道斷面為梯形，棚距為0.8m，上梁凈開口1.8m，下底凈寬2.6m，棚腿長度為2.4m，用枇子竹笆接頂腰幫，每棚用6塊枇子接頂，腰幫各4塊。施工期間使用好前探梁。使用前探梁時，用兩根4.0m長的3寸鋼管和鐵鏈子加固使用，其固定位置于棚梁牙殼向里300mm處，每放炮后都必須前移兩根前探梁，并且兩根前探梁要平行、高低一致。每根前探梁至少得有3個固定點，超前部分用長板子及背板（方木或批子）以打木垛的形式與頂板接實。施工巷道的支護必須完好，每棚不少于6根撐棍，具體位置：棚梁兩端到接口的0.3m處各打一根；每個棚腿各打兩根，即上端打在接口下0.3m處，下端打在底板上1.0m處，撐棍打成一條直線。迎頭10m棚內每棚應不少于兩根拉棚器，并打在棚梁下0.8m處。對于煤層松軟時，過高冒區采取打鐵撞楔套棚支護法開掘，撞楔應有斜度，保證有足夠下棚空間，保證滿足技術尺寸要求。

4　經濟效益

35軌道下山施工一年半后,巷道梯形架棚支護段未出現明顯變化,既使局部出現了新的離合片幫,但由于采取了梯形架棚支護，頂、幫使用枇子、竹笆接頂腰幫措施，巷道圍巖破碎帶得到了較好的控制，從而保障了巷道的安全可靠運輸。35軌道下山巷道破碎帶支護選用梯形工字鋼架棚支護方式，在施工中避免重復修復,為企業節省了資金，創造了經濟效益，尤其確保了安全生產，意義重大。