某礦東一皮帶軟巖巷道變形規(guī)律

臧文濤

(1.太原理工大學礦業(yè)工程學院；2.大同煤礦集團機電裝備力泰有限責任公司)

1 工程概況

某礦三水平東一皮帶通路探巷圍巖巖性以粉砂巖為主，局部賦存粗礫狀白色砂巖，巷道埋深較大，圍巖應力大，煤巖層裂隙、滑面發(fā)育，單軸抗壓強度較低，為不穩(wěn)定軟巖，巷道類別接近一般不穩(wěn)定IV類與不穩(wěn)定V類之間。圍巖成分中含有遇水易軟化成泥的粗礫狀白色砂巖，黏土礦物含量高，使得圍巖強度低，承載能力差，見風遇水后極易變軟膨脹，流變特性顯著，導致巷道開挖后變形破壞嚴重，支護極為困難。以上因素導致該巷道圍巖抗壓強度降低，整體穩(wěn)定性變差，在現(xiàn)有單一U型鋼支護體系下，巷道變形和破壞現(xiàn)象較為嚴重。該礦U型鋼破壞形式主要為整體收縮和局部彎曲斷裂[1-3]。

2 圍巖變形破壞規(guī)律

2.1 表面位移變形規(guī)律

本研究在三水平東一皮帶通路探巷距離掘進迎頭不同距離位置設置了3個測區(qū)(圖1)[4]。由各測區(qū)巷道頂?shù)装逡平?、兩幫移近量以及棚腿移近量生成曲線觀測結果可知：測區(qū)一巷道頂?shù)装寮皟蓭偷淖冃瘟孔畲?，分別為627 mm、418 mm，巷道開挖后變形速率增加較快，最后呈緩慢變形趨勢，且巷道變形速率明顯大于測區(qū)二和測區(qū)三，說明巷道受掘進施工影響顯著，圍巖整體變形破壞嚴重，此時巷道支護應側重提高巷道圍巖的整體承載能力；測區(qū)二巷道頂?shù)装寮皟蓭偷淖冃瘟枯^測區(qū)一小，分別為326 mm、265 mm，頂?shù)装寮皟蓭鸵平烤S時間緩慢增加，由于距離掘進迎頭約60 m，巷道受到掘進施工的影響較小，因此測區(qū)二巷道兩幫移近量變化速率較測區(qū)一小，巷道變形破壞程度較低；測區(qū)三巷道圍巖移近量最小，約為235 mm、161 mm，在整個變形破壞過程中，頂?shù)装寮皟蓭鸵平靠傮w呈增加趨勢，但移近量變化速率較小，該測區(qū)距離掘進迎頭最遠，不受掘進施工的影響，但受到圍巖本身軟巖特性的影響，巷道仍然處于緩慢流變破壞過程中[5]。

圖1 測區(qū)布置示意

各測區(qū)圍巖變形量和平均移近速率統(tǒng)計結果見表1。由表1可知：

表1 各測區(qū)表面位移監(jiān)測結果

(1)距離掘進迎頭越近，巷道變形量越大，其中測區(qū)一巷道頂?shù)装遄畲笠平窟_627 mm，移近速率不斷增大，最大值達60 mm/d。

(2)距離掘進迎頭較遠的測區(qū)三巷道變形量和變形速率均小于測區(qū)一，說明測區(qū)三不受掘進施工的影響，巷道處于自身流變變形破壞過程中，變形量較小且破壞緩慢。

(3)測區(qū)三設置時間滯后于該位置的巷道掘進時間，記錄的巷道變形破壞量僅為監(jiān)測時間段內(nèi)的數(shù)值，巷道從開始掘進到布置監(jiān)測點的時間范圍內(nèi)的變形量尚未記錄[6]，因此根據(jù)測區(qū)一距離掘進迎頭最近、測區(qū)二次之、測區(qū)三距離掘進迎頭最遠的特點推測可知，測區(qū)三從巷道剛掘進開始至監(jiān)測結束，巷道頂?shù)装遄冃瘟看笥? 188 mm(包括測區(qū)一變形量627 mm、測區(qū)二變形量326 mm及測區(qū)三變形量235 mm)。巷道從開挖到距離掘進迎頭180 m范圍內(nèi)的變形量達到了1 188 mm左右，若不及時采用合理的加強支護方案，該軟巖巷道1～2個月后變形破壞嚴重，將導致返修、套修，嚴重影響了巷道正常使用[7-8]。

綜合分析測區(qū)一、二、三巷道圍巖的變形破壞規(guī)律可知，巷道變形持續(xù)時間長，在監(jiān)測期(4個月)內(nèi)，巷道一直處于變形破壞過程中，可將該軟巖圍巖變形階段分為急劇變形階段、耦合變形階段、緩慢流變階段，對應于測區(qū)一、二、三(圖2)。急劇變形階段巷道圍巖主要受掘進施工擾動影響，頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟靠焖僭黾樱冃嗡俾瘦^大；耦合變形階段巷道圍巖受掘進施工的影響減弱，頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟考白冃嗡俾示兴档?；緩慢流變階段巷道圍巖不受施工擾動影響，只因圍巖自身流變產(chǎn)生了少量變形[9-11]。

圖2 圍巖變形曲線

2.2 探巷圍巖深部破裂特征

采用YTJ20型巖層探測記錄儀進行深部圍巖破壞范圍探測，該探測方法不受巖體物理特性干擾，可靠性強，能夠直接觀測鉆孔內(nèi)裂隙的發(fā)育程度和規(guī)模，并探測出圍巖松動圈范圍,探測結果見圖3。

圖3 各測區(qū)頂板離層破裂探測結果

3 結 語

結合現(xiàn)場圍巖變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，對某礦東一皮帶軟巖巷道變形規(guī)律進行了分析，認為該礦東一皮帶軟巖巷道變形可分為急劇變形階段、耦合變形階段及緩慢流變階段，分析結果對于該礦軟巖巷道維護有一定的參考價值。