試析煤礦軟巖巷道掘進支護技術

袁海洪

【摘要】本文對軟巖巷道圍巖變形破壞特征、變形原因進行了研究，通過分析軟巖巷道破壞機理，然后闡述了某礦-560米開拓大巷的支護方式（加大錨桿長度、加強錨索支護、優化支護密度等），最后由淺至深觀測優化后的巷道支護方式，結果證明，支護經過優化后可以很好的降低巷道變形，同時減少其破壞。

【關鍵詞】軟巖巷道；破壞機理；支護技術；效果分析

一、工程介紹

某礦正在施工，其為-560米開拓大巷、運輸巷以及軌道巷三者并行安排，之間間距為30米，運輸巷在掘進施工的時候是超前軌道巷。該礦在施工時通過膠帶輸送機和掘進機綜合機械化進行掘進，采用傳統的錨網噴支護方式進行巷道支護。大巷的施工地點主要在斷層破碎帶和太原組海相泥巖當中，較為突出的問題就是巷道支護。通過測驗得出，該巷圍巖在性質上屬于軟巖，抗壓強度為2.2至21.0兆帕。這樣的圍巖屬于不堅固巖層，通常比較容易破碎，且強度小，遇水容易軟化，比較難支護，同時加之斷層、水等因素對上巷道圍巖的影響，使得棚梁彎曲下沉，而且棚腿被擠出，達不到支護效果，巷道斷面很快減小，對運輸、通風、行人都造成嚴重影響。當掘進-560米開拓巷道之后，底鼓成為大巷面臨的主要問題，最大底鼓量達到0.45米，這對軌道造成一定破壞，而且大巷運輸正常運行較為困難，掘進速度顯著降低，不僅如此，還造成斷面發生變形，嚴重收縮，通風阻力也明顯增大，行人安全距離明顯減小，巷道出現冒頂掉渣，這些現象都對人身安全造成危害，所以，對巷道支護質量進行改善很有必要。

二、軟巖巷道變形破壞機理和原因分析

1.軟巖巷道破壞機理

軟巖進入了大變形階段，屬于非線性塑性變形，其變形場在非線性力學場范圍，所以，軟巖巷道破壞機理明顯不同于硬巖巷道。通過分析巷道圍巖強度、巷道變形量、圍巖礦物成分、圍巖應力狀態等因素，能夠得出某礦-560米開拓大巷圍巖屬于高應力節理化膨脹性復合型軟巖。如果在支護的極限承載能力達不到荷載時，就會導致巷道圍巖發生形變，進而會破壞支護。通常來講，外載荷有以下幾種：構造應力、覆巖壓力、支撐壓力、沖擊地壓。雖然說影響支護的因素很多，但是外力和巖石本身性質絕對是最重要的，如果巖石受上述某種力或者是幾種力作用，先會失穩，然后使得支護也失穩。

2.大巷變形分析

第一，巷道失穩歸根結底是由于圍巖承載能力比較低。通過研究實驗可知，該巷道圍巖抗壓強度還達不到21兆帕，標準的軟巖。再加上斷層的破碎帶比較多，圍巖整體承載能力就會受到比較大的影響。

第二，地應力比較大。巷道所占地方斷層多、地質條件不好，而且最主要的是水平應力，數值也很大。

第三，原有的支護參數不恰當。問題主要表現在以下幾方面：1）支護強度達不到，支護的整體性形不成。2）托盤和錨桿不吻合，托盤達不到應有厚度，還有的托盤內陷、反轉，這使得錨固完不成應有作用。除此之外，施工的時候因為巷道支護滯后、有些錨桿預緊力不足等緣故，使得巷道重要部位陷失穩破壞，然后從部分再使得全斷面失效。3）應力比較集中的區域措施不達標。最容易出現應力增高的地方是巷道底板中的圍巖，然后巷道底板產生發生明顯的塑性變形和剪切破壞，進而有彎曲、碎脹等變形出現。

三、優化支護設計

1.原來支護措施

開拓大巷斷面巷道寬為4.4米，軌面往上的高為33.5米，其形狀為直墻半圓拱形。之前采用的是錨網噴支護，使用直徑為0.02m×2m的錨桿，其間排距是0.8m×0.9m，矩形鋼筋網為4號，網格是0.1m×0.1m，噴漿的時候使用C20強度的混凝土，保持噴層厚度為0.15米。使用直徑為0.01524m×7.3m的錨索，保證排距2.7m，在局部地段根據不同地段，然后通過增加錨索的方式來使支護變強。

2.支護優化措施

第一，支護形式。通過分析-560米開拓大巷頂板和兩幫變形以及底鼓的特征，明確巷道斷面形狀，為了使巷道底鼓能夠得到較好的控制，使用反底拱聯合底角錨桿耦合支護的方式進行整治。在軌面向下的位置，按照一定的弧形挖掘0.6米，然后鋪反底拱，與此同時，兩幫和頂分別增加0.1米當做毛斷面施工尺寸。

第二，支護參數。1）錨桿。巷道的頂板和兩幫要使用高性能的錨桿，其直徑為0.02m×2.5m，采用的是IV級專用螺紋鋼加工制成，錨桿間排距0.6m×0.7m。在兩側底角的地方分別打一根底角錨桿，其直徑為0.022米，長度為2.8米，同時保持和基本錨桿的間距小于1米。通過加長錨固方式，每根錨桿使用三卷樹脂藥卷，其中一卷的型號為K2350，另外兩卷的型號為Z2360。2）錨索。其直徑為0.0178m×9m，排距為2.1米，有一根錨索打在頂板兩側，即二三根錨桿之間，每個孔使用四卷樹脂藥卷，一卷型號為K2350，另外三卷型號為Z2360。3）托盤。錨桿使用0.3m×0.3m的新托盤，錨索采用的托盤尺寸為0.4m×0.4m。4）網。該鐵絲網直徑為0.0065米，由鋼筋焊制而成，網格為0.1m×0.1m，網邊通過鉤扣聯結，錨桿和錨索支護具體由圖1來說明。

四、效果分析

優化過支護參數后，要對后續工作進行跟蹤，即在新的支護參數下，監測巷道頂底及兩幫變形以及兩幫深部位移情況，然后對優化后的支護效果進行判斷分析。通過工作面持續向前掘進，在運輸大巷向掘進面方向安排四個表面位移收斂監測站，在軌道大巷向掘進面方向安排兩個深部位移觀測站。每個測站每天觀測一次，連續觀測，直到巷道變形穩定，檢測到兩幫深部變形以及表面位移收斂的準確數據。在此，選取一個表面位移測點和深部位移測點來進行分析。具體情況如圖2所示。

通過圖2可得，通過優化支護參數支護，-560米開拓大巷掘進時，頂底板和兩幫最大移近量分別是0.162米和0.144米，表面收斂率不大。通過實測數據來看，頂底板和兩幫平均變化量分別為0.145米和0.131米。通過深部位移測量數據看出，巷道圍巖松動圈是兩米時，說明錨桿長度選擇合適。

五、結語

綜上所述，支護經過優化后，效果改善比較明顯，對巷道破壞和變形也都降低，而且為以后掘進支護工作提供了參考依據。

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