大埋深高應(yīng)力巷道支護(hù)技術(shù)實(shí)踐

李宗岑（平煤股份四礦,河南 平頂山 467093）

大埋深高應(yīng)力巷道支護(hù)技術(shù)實(shí)踐

李宗岑
（平煤股份四礦,河南 平頂山 467093）

結(jié)合大埋深巷道頂板變形及破壞規(guī)律，通過(guò)從圍巖應(yīng)力、圍巖強(qiáng)度和巷道支護(hù)三方面分析己15-23160機(jī)巷發(fā)生頂板剪切破壞的原因，確定從增大頂板預(yù)緊力方面入手優(yōu)化己15-23160機(jī)巷臨近巷道己15-31020風(fēng)巷支護(hù)方案：用2根3m長(zhǎng)錨索代替頂板柱肩以外2根錨桿，將對(duì)頂板的預(yù)緊力由10噸提升至20噸，圍巖監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，該支護(hù)方案有效提高了頂板支護(hù)強(qiáng)度，巷道變形量得到了控制，杜絕了頂板剪切破壞和錨桿支護(hù)失效現(xiàn)象。

大埋深；支護(hù)失效；預(yù)緊力；剪切破壞

0 概況

對(duì)于錨桿支護(hù)煤巷來(lái)說(shuō)，頂板發(fā)生剪切破壞往往會(huì)造成頂錨桿剪斷，頂板下沉，支護(hù)失效，嚴(yán)重威脅安全生產(chǎn)。本文在分析己15-23160機(jī)巷頂板剪切破壞原因的基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化支護(hù)方案，提出了己15-31020風(fēng)巷支護(hù)方案，并取得了成功。

1 剪切破壞原因分析

平煤股份四礦己15-23160機(jī)巷設(shè)計(jì)為矩形全錨支護(hù)，巷道凈寬4.8m，凈高2.8m，頂錨桿采用高強(qiáng)讓壓錨桿，幫錨桿采用高強(qiáng)錨桿，頂錨桿間排距800×800mm，每排7根頂錨，上下幫錨桿間排距為900×800mm和750mm×800mm，每排4根，錨索采用直徑17.8mm 長(zhǎng)6.5m錨索，五花布置。在支護(hù)過(guò)程中，局部地段出現(xiàn)了頂板剪切破壞，主要特征為：一是在頂板以上1.1m處巖層錯(cuò)動(dòng)，錨桿破斷處明顯為剪斷形態(tài)；二是頂板剪切發(fā)生的位置多位于巷道柱肩1m范圍內(nèi)，頂板出現(xiàn)明顯的錯(cuò)動(dòng)。

一般來(lái)說(shuō)，圍巖應(yīng)力、圍巖強(qiáng)度和巷道支護(hù)是影響巷道支護(hù)穩(wěn)定性的三要素，因此，結(jié)合己15-23160機(jī)巷地質(zhì)條件，從這三方面來(lái)分析確定己15-23160機(jī)巷出現(xiàn)剪切破壞的原因：（1）巷道埋深大，原巖應(yīng)力高。己15-23160機(jī)巷井下標(biāo)高-645～-575m，地面標(biāo)高278～392m，埋深最大達(dá)到980m，造成巷道原巖應(yīng)力σz高達(dá)24.5MPa，在如此大的原巖應(yīng)力作用下，巷道掘進(jìn)后，圍巖應(yīng)力在重新分布過(guò)程中，頂板在由三向受力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槎蚴芰顟B(tài)時(shí)，裸露的頂板將遭到兩幫水平應(yīng)力的擠壓，形成錯(cuò)動(dòng)，導(dǎo)致剪切破壞的發(fā)生；（2）頂板中含軟弱夾層。通過(guò)分析己15-23160機(jī)巷綜合柱狀圖可知，巷道頂板以上1.1m處含有約0.6m厚的炭質(zhì)泥巖軟弱夾層，導(dǎo)致頂板形成“中間弱、兩邊強(qiáng)”的夾心餅層狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致巷道頂板各巖層間粘結(jié)力減弱，這種層狀結(jié)構(gòu)在水平擠壓應(yīng)力作用下最易發(fā)生剪切錯(cuò)動(dòng)，導(dǎo)致頂板破壞，這也是頂板以上1.1m處巖層發(fā)生錯(cuò)動(dòng)的主要原因；（3）錨桿支護(hù)層位頂板預(yù)緊力有限。己15-23160機(jī)巷頂錨桿長(zhǎng)2.6m，強(qiáng)度為500MPa，直徑22mm，其屈服載荷為19噸，其對(duì)頂板的預(yù)緊力為10噸，按照理論計(jì)算，預(yù)緊力越大，圍巖受力狀況越好，其承受水平應(yīng)力的能力和抗剪切錯(cuò)動(dòng)能力越大，因此進(jìn)一步提高預(yù)緊力將提高頂板的抗剪切能力。

2 支護(hù)方案優(yōu)化

根據(jù)第一部分分析，影響巷道穩(wěn)定性的三因素中，圍巖應(yīng)力、圍巖強(qiáng)度屬于自然條件，不能改變，因此，只能從巷道支護(hù)方面優(yōu)化，以提升巷道抗剪切能力。

己15-31020風(fēng)巷與己15-23160機(jī)巷中對(duì)中10m布置，為防止支護(hù)中出現(xiàn)己15-23160機(jī)巷類似的剪切破壞現(xiàn)象，結(jié)合上述分析，優(yōu)化支護(hù)方案如下：（1）己15-31020風(fēng)巷設(shè)計(jì)斷面，頂錨桿、幫錨桿類型與己15-23160機(jī)巷相同；（2）優(yōu)化錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)參數(shù)：己15-31020風(fēng)巷的錨索參數(shù)優(yōu)化如下：將原己15-23160機(jī)巷使用的直徑17.8mm 長(zhǎng)6.5m七絲錨索更改為直徑22mm長(zhǎng)7m的19絲錨索，仍沿用五花布置；將原己15-23160機(jī)巷使用的頂板柱肩以外的2根頂錨桿用2根直徑22mm長(zhǎng)3m的錨索代替，這種優(yōu)化的目的為：一是增強(qiáng)錨桿支護(hù)層位的頂板預(yù)緊力，一般來(lái)說(shuō)，錨索對(duì)頂板巖層預(yù)緊力為錨桿設(shè)計(jì)載荷的1.0倍，而錨桿預(yù)緊力僅為錨桿設(shè)計(jì)載荷的0.5倍，因此，在使用3m錨索后，在錨桿支護(hù)層位上的巖層預(yù)緊力由10噸增加至20噸，增大一倍之多，減少了頂板錯(cuò)動(dòng)破壞現(xiàn)象；二是在用錨索代替容易發(fā)生剪切破壞的錨桿后，即使頂板發(fā)生了錯(cuò)動(dòng)，錨索索繩的柔性亦能抵抗頂板水平方向一定范圍的錯(cuò)動(dòng)而不至于破斷。

圖1 己15-31020風(fēng)巷支護(hù)方案

3 支護(hù)效果分析

己15-31020風(fēng)巷采用優(yōu)化后的支護(hù)方案后，目前已經(jīng)掘進(jìn)1100余米，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際看，取得了良好的支護(hù)效果：一是未發(fā)生頂板剪切錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象，頂板完整性良好；二是未出現(xiàn)錨桿錨索破斷現(xiàn)象，僅僅在局部壓力較大地段出現(xiàn)錨桿讓壓管變形現(xiàn)象；三是通過(guò)頂板離層和圍巖變形監(jiān)測(cè)看，全巷道范圍內(nèi)頂板離層量最大為32mm，兩幫移近量最大為540mm，證明優(yōu)化后的支護(hù)方案支護(hù)效果明顯。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)己15-23160機(jī)巷出現(xiàn)的局部頂板剪切破壞現(xiàn)象，從圍巖應(yīng)力、圍巖強(qiáng)度和巷道支護(hù)三方面進(jìn)行了分析，得出其主要原因?yàn)椋阂皇窍锏缆裆畲螅瓗r應(yīng)力高；二是巷道頂板中存在軟弱夾層，導(dǎo)致巷道頂板呈層狀分布，頂板抵抗水平應(yīng)力能力弱，易發(fā)生剪切錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象；三是錨桿支護(hù)層位頂板預(yù)緊力有限，對(duì)頂板的抗水平應(yīng)力提供的圍壓不足；

（2）從提高頂板預(yù)緊力入手，優(yōu)化了己15-31020風(fēng)巷支護(hù)參數(shù)：加長(zhǎng)加粗了五花布置的長(zhǎng)錨索，并采用2根3m的短錨索代替2根柱肩以外的頂錨桿的方法，不但提高了錨桿支護(hù)層位頂板的預(yù)緊力，還提高了巷道抗頂板剪切錯(cuò)動(dòng)能力。

（3）己15-31020風(fēng)巷頂板離層和圍壓變形監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，該支護(hù)方案是成功的。

[1]錢鳴高,石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2003.

[2]侯朝炯,郭勵(lì)生,勾攀峰.煤巷錨桿支護(hù)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1999.

李宗岑（1985-），男，河南鎮(zhèn)平人，研究生，助理工程師，主要從事：巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)方面的研究工作。