蠕變圍巖巷道支護(hù)控制技術(shù)研究

摘 要：為解決地應(yīng)力異常區(qū)巷道變形、底鼓嚴(yán)重的問(wèn)題，對(duì)某礦南6采區(qū)的圍巖地質(zhì)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試且對(duì)原支護(hù)方案失效原因進(jìn)行分析，在分析的基礎(chǔ)上，提出全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固強(qiáng)力錨桿錨索組合支護(hù)系統(tǒng)，通過(guò)掘進(jìn)期間礦壓觀測(cè)結(jié)果表明：新的支護(hù)體系有效控制了圍巖變形與破壞。

關(guān)鍵詞：地應(yīng)力異常區(qū)；圍巖變形；蠕變性；預(yù)應(yīng)力；錨桿支護(hù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.073

煤礦巷道圍巖條件復(fù)雜，且隨著開(kāi)采深度加大，采用何種支護(hù)方式才能確保巷道的正常使用以及后期工作面的安全回采，是煤礦面臨的一大難題。近年來(lái)，隨著某礦開(kāi)采水平的延伸，開(kāi)采強(qiáng)度的提高，原有的巷道支護(hù)出現(xiàn)了諸如變形嚴(yán)重、底臌、“墜包”等很多問(wèn)題。目前該礦南6采區(qū)共有5條采區(qū)上山巷道，其中南6采區(qū)軌道上山是首條掘進(jìn)的全煤上山巷道，當(dāng)巷道掘進(jìn)至700m時(shí)，發(fā)現(xiàn)由于南6采區(qū)地應(yīng)力異常，導(dǎo)致南6采區(qū)軌道上山掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)了多處片幫現(xiàn)象，巷道兩幫變形達(dá)到500mm，巷道底臌嚴(yán)重，變形量超過(guò)400mm，且巷道幫側(cè)出現(xiàn)多處“墜包”現(xiàn)象。根據(jù)掘進(jìn)期間巷道礦壓觀測(cè)情況分析，掘進(jìn)期間巷道變形一直處于蠕變狀態(tài)，由于巷道變形嚴(yán)重，礦井在已掘上山巷道內(nèi)重新架棚。因此，為有效解決南6采區(qū)地應(yīng)力異常區(qū)域上山群蠕變圍巖控制難題，對(duì)南6采區(qū)上山群的支護(hù)體系進(jìn)行研究，開(kāi)發(fā)出適合該復(fù)雜圍巖條件下的上山群掘進(jìn)支護(hù)方案具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 原支護(hù)方案破壞原因分析

由于南6采區(qū)地應(yīng)力異常，且圍巖處于蠕變狀態(tài)，導(dǎo)致南6采區(qū)軌道上山掘進(jìn)過(guò)程中就出現(xiàn)了多處兩幫位移量大，多處變形量在500mm以上，因此對(duì)南6采區(qū)軌道上山變形量較大位置進(jìn)行了鉆孔窺視，分別在380m、400m、415m、460m四處位置窺視了解頂板破壞情況，以415m處窺視結(jié)果為例進(jìn)行說(shuō)明。由窺視結(jié)果可知：孔口至1.8m深，破碎離層嚴(yán)重，圍巖較為堅(jiān)硬，強(qiáng)度較高，圍巖破壞前應(yīng)較為完整；1.8-5.2m，圍巖離層較為嚴(yán)重也較為破碎； 5.2-10.0 m，圍巖較為堅(jiān)硬完整，但在7.2m，9.0m，9.7m三處均有離層。

南6采區(qū)軌道上山頂板在380—415m之間巖性變化較大，構(gòu)造復(fù)雜，2.4m范圍內(nèi)頂板巖石破碎，并有多處離層，影響頂板的整體性和強(qiáng)度，且巷道初期支護(hù)存在錨桿預(yù)應(yīng)力小、桿體強(qiáng)度低、延伸率低等，以及護(hù)表構(gòu)件強(qiáng)度低、與錨桿強(qiáng)度匹配性比較差等缺點(diǎn)，支護(hù)強(qiáng)度不夠，致使錨桿支護(hù)范圍內(nèi)的巖石變形沒(méi)有得到有效控制，由于380m之前位置未做窺視，加之為采區(qū)巷道，所以，巷道加固范圍為250-500m。

2 支護(hù)方案設(shè)計(jì)

南6采區(qū)共有5條采區(qū)上山巷道，南6采區(qū)軌道上山為矩形斷面，斷面為18.15 m2，針對(duì)軌道上山處于地應(yīng)力異常區(qū)域，提出強(qiáng)力一次支護(hù)理論。通過(guò)采用全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固強(qiáng)力錨桿錨索組合支護(hù)系統(tǒng)，采用W鋼帶、鋼筋梯梁與W鋼護(hù)板組合構(gòu)件護(hù)頂護(hù)幫。大幅度提高錨桿支護(hù)的剛度與強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)一次支護(hù)就能有效控制圍巖變形與破壞，避免二次支護(hù)和巷道維修。

（1）錨桿形式和規(guī)格：頂板與幫部錨桿形式和規(guī)格桿體為22#左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，鋼號(hào)為MGS500號(hào)，長(zhǎng)度2.4m，桿尾螺紋為M24。

（2）錨固方式：頂板錨桿樹(shù)脂全長(zhǎng)錨固，采用四支低粘度樹(shù)脂錨固劑，一支規(guī)格為MSK2660，另三支規(guī)格為MSM2660，鉆頭直徑為32mm，鉆孔直徑32mm；兩幫錨桿的錨固方式：樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固，采用兩支樹(shù)脂錨固劑，一支規(guī)格為MSK2335，另一支規(guī)格為MSM2360，鉆頭直徑為30mm。

（3）錨桿布置：頂部錨桿排距900mm，間距900mm，頂每排布置6根錨桿。錨桿預(yù)緊扭矩：≥400Nm，禁止超過(guò)550Nm；兩幫每排4根錨桿，錨桿排距900mm，間距900mm。

（4）錨桿配件：頂部與幫部錨桿配件均采用高強(qiáng)錨桿螺母M24，配合高強(qiáng)托板調(diào)心球墊和尼龍墊圈，托板采用拱型高強(qiáng)度托板，高度不低于50mm，托板尺寸不小于250×250×12mm，承載能力不低于297kN。

（5）錨索形式和規(guī)格：錨索材料為22mm，119股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)，長(zhǎng)度6300mm，鉆頭直徑30mm，鉆孔直徑30mm。采用一支MSK2335和兩支MSZ2360樹(shù)脂錨固劑錨固，錨固長(zhǎng)度1970mm。

（6）錨索托板：采用300×300×14mm高強(qiáng)度可調(diào)心托板及配套鎖具，高度不低于60mm，承載能力不低于550kN。

（7）錨索布置：每?jī)膳佩^桿打設(shè)2 根錨索，錨索1800mm，排距為1800mm。

3 礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)支護(hù)效果，在軌道上山600m處和1200m建立表面位移觀測(cè)站，通過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)可知：在38.3m后，巷道基本不受掘進(jìn)影響，巷道變形趨于穩(wěn)定。此外，巷道兩幫最大移近量為152mm，頂板最大下沉量為18mm，表明軌道上山巷道位移量小、變形不大，設(shè)計(jì)合理。

4 結(jié)論

（1）南6采區(qū)地應(yīng)力異常且圍巖存在蠕變現(xiàn)象，且受掘進(jìn)影響煤幫處煤體產(chǎn)生塑性變形，煤幫處的煤體強(qiáng)度小于煤體深部強(qiáng)度，掘進(jìn)巷道支護(hù)困難。

（2）巷道初期支護(hù)存在錨桿預(yù)應(yīng)力小、桿體強(qiáng)度低、延伸率低等，以及護(hù)表構(gòu)件強(qiáng)度低、與錨桿強(qiáng)度匹配性比較差等缺點(diǎn)，支護(hù)強(qiáng)度不夠，致使錨桿支護(hù)范圍內(nèi)的圍巖變形沒(méi)有得到有效控制。

（3）采用全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固強(qiáng)力錨桿錨索組合支護(hù)系統(tǒng)，采用W鋼帶、鋼筋梯梁與W鋼護(hù)板組合構(gòu)件護(hù)頂護(hù)幫，大幅度提高錨桿支護(hù)的剛度與強(qiáng)度，通過(guò)掘進(jìn)期間礦壓觀測(cè)，新的支護(hù)體系可以實(shí)現(xiàn)有效控制圍巖變形與破壞，避免二次支護(hù)和巷道維修。

作者簡(jiǎn)介：張厚亮（1975-），男，山東新泰人，助理工程師，從事生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理工作。endprint