復雜礦壓下巷道軟巖支護技術研究與應用

楊剛

摘? 要：基于杉木樹煤礦開采強度和深度的日益增加，動壓影響的加劇，傳統支護體系下巷道底鼓片幫嚴重，該礦以N26采區軌道下山工程實踐為背景，通過應用理論分析和現場觀測的手段，研究了復雜礦壓下的巷道軟巖支護的技術，并在現場試驗了采用“高強預應力錨桿﹢W型鋼帶﹢錨索”的支護方案，通過近150天的觀測，最大變形量34mm，主要是較微底鼓造的。實現了復雜礦壓下巷道軟巖巷道的可靠維護，為今后深部水平的巷道支護提供科學的理論依據。

關鍵詞：軟巖巷道? 破壞特征? 支護原則? 高強預應力錨桿? 支護質量要點

中圖分類號：TD235? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）12（c）-0068-03

Abstract： In this paper， based on the theory of high-strength support and the application of high-strength support system in the field of soft rock mining in Shanmushu Coal Mine， the application of high-strength support technology in the field of soft rock support under the influence of high-strength support system in the field of soft rock support and support in the field was increased According to the observation of nearly 150 days， the maximum deformation is 34mm， which is mainly caused by the slight floor heave. It realizes the reliable maintenance of soft rock roadway under complex mine pressure， and provides scientific theoretical basis for deep level roadway support in the future.

Key Words： Soft rock roadway; Failure characteristics; Support principle; High strength prestressed anchor; Key points of support quality

四川芙蓉集團杉木樹煤礦地質構造十分復雜，是一座具有煤與瓦斯嚴重突出的礦井。礦井煤系地層受燕山運動的擠壓作用，形成了逆斷層為主的斷裂構造，井田范圍內的斷層發育較為廣泛。自建井投產至今，共揭露大小斷層1400條，平均每1km2就有25.4條，這使煤系地層中普遍存在煤層重復、缺失、增厚或變薄，甚至不可采的現象，極大影響了工作面回采巷道優化布置、巷道支護和機械化開采的普及。

此外，煤系地層普遍存在地質構造破碎帶，圍巖破碎松散。同時，煤層底板大多為粘土巖和泥質膠結的砂巖，此類巖層強度低、變形大，遇水軟化甚至膨脹，屬于典型的軟巖。由于軟巖巷道圍巖本身的復雜性，加上構造應力和采動應力的復合效應，使得白皎礦軟巖巷道支護長期以來成為制約礦區安全高效生產的重大技術難題。

然而，到目前為止，杉木樹煤礦巷道圍巖的巖石力學性質和采動巷道圍破壞機理尚不清楚，相應的巷道支護對策缺乏科學的依據。對于此類高突礦井復雜礦壓條件下的軟巖支護問題，隨圍巖、地應力和開采方法的不同影響而具有明顯的個性，難以套用現成的方案以達到合理的技術經濟效果，國內外尚無成熟的可直接采用的理論和技術，開展科技攻關十分必要。

綜上所述， 研究巷道的變形破壞機理，優化井巷布置與治災手段配套，確定經濟有效的支護方法，解決復雜高應力狀態下的軟巖支護技術，是杉木樹煤礦面臨的緊迫而重大的技術難題。開展高突礦井復雜地壓條件下的巷道軟巖支護技術的研究，對具有直接實踐意義，并豐富和發展了軟巖巷道支護技術。

1? 采準巷道變形破壞特征

采區下山和底板道距離煤層底板30～40m左右。巖石巷道的主要變形特征是兩幫移近量和頂底移近量都達到0.8～1.0m，有些巷道多次翻修仍然有破壞，變形主要是底鼓和片幫。

2? 巷道破壞及變形規律

2.1 圍巖內部變形

通過對下山巷道圍巖內部的位移觀測可知，巷道頂部4m以內的基點位移與5m以上的基點位移不同步，說明發生松動離層，巷道頂部松動高度大于4m（圖1）。同理，巷幫松動范圍大于3.0m（圖2），說明巷道圍巖松動范圍屬于大松動圈。巷道頂部采用了錨索加強支護，效果明顯。巷道兩幫未進行加強支護，巷道鼓幫較為嚴重。

2.2 采動影響

（1）單側采動比煤柱集中壓力的影響小，煤柱中心下巷道圍巖變形最大。

（2）開采二煤層的影響最大，開采四煤層時的動壓作用已經十分輕微。

（3） 底鼓明顯，底臌量為頂底移近量的60%。最大頂底移動速度35.5mm/d，最大頂底移近量達486mm;最大兩幫移近速度為9mm/d，最大兩幫移近量達213mm。

（4）底板巷道距煤層底板深度在20～25m時，單側采動只產生一般破壞作用。當巷道距離煤層深度大于30m時，基本不受到動壓的影響。

2.3 粘土巖的膨脹性影響

可采煤層底板幾乎全是粘土巖，具有強度低、強流變和明顯的遇水膨脹性，導致巷道在無采動影響下也嚴重破壞，難以正常使用。如果加上構造應力和采動影響，則巷道破壞將更加嚴重。

3? 巷道錨桿支護技術方案

3.1 支護設計的原則

（1）優化斷面，對于含粘土巖地段，考慮底板反拱。

（2）加強底板和兩幫控制，維護頂板。

（3）封閉圍巖表面，加強防護，控制軟巖膨脹性。

（4）強調預緊力，增強錨桿能力，合理布局錨桿系統。

斷面的優化，重點將底板實施反拱，增強底板抗變形能力，加強巷道整體穩定性，根據模擬實驗，反拱深度取700mm。

3.2 支護參數

（1）錨桿系統：A3圓鋼;Φ20×2400mm。

（2）錨桿間排距：間距為800mm，排距800mm。

（3）錨桿預緊力：施加110N.m的力矩。

（4）金屬網和鋼帶：

金屬網：10#鐵絲編制，規格800×2000mm，網目50×50mm.。

鋼帶：280mm寬3mm厚W型鋼帶;或同等強度的Φ16鋼筋梁。

（5）錨索：

錨索直徑：15.24mm。

錨索間距：單排布置，間距1600mm。

錨索錨固力：工作阻力180 kN，錨索預緊力70kN。

錨索錨固長度：800 mm，采用1支Z2380樹脂藥卷。

錨索長度：6000mm。

（6）噴漿：噴漿封閉巷道。

3.3 支護質量要點

（1）斷面成型是錨網支護質量的基礎，應當采用光面爆破確保斷面規整。

（2）錨網支護的優勢是主動支護，必須保障每根錨桿都具有2t以上初錨力，錨索預緊力必須達到6t以上。

（3）泥巖和粘土巖遇水軟化膨脹嚴重，及時封閉底板，是支護成功的關鍵。

（4）做好巷道變形觀測，為今后調整和優化支護提供依據。

4? 巷道支護方案實施與觀測研究

4.1 支護方案實施對象

為了驗證礦井巷道支護參數優化設計的正確性，在礦區內選擇相應的23采區軌道下山巷道實施支護方案并實測其效果，以達到理論指導實踐的目的。為保證實測結果的可靠性，所選擇的實測巷道是正在掘進的巖石巷道。

4.2 觀測內容

（1）測定巷道頂底板及兩幫的相對移近量及移動速度。

（2）測定巷道頂板及側幫的圍巖內變位移量及位移速度。

（3）測定全長粘結錨固時各段錨桿體的受力情況。

5? 變形觀測結果

下山巷道由于選擇層較為穩定的細砂巖中，具有很好的穩定性，采用錨網支護手段是可行的，通過近150d的觀測，最大變形量34mm，主要是較微底鼓造成的。

6? 結論

（1）巷道變形破壞的主要特征是底鼓明顯，巷道破壞典型類型有底鼓型、底鼓兩幫移近型和兩幫移近型。巷道變形普遍受巖性和構造應力影響?；夭上锏乐饕懿蓜佑绊?，其次是受底板軟巖的影響。下山巷道和底板道主要受軟巖的影響，其次是構造應力的影響，最后是采動影響。

（2）下山巷道的主要變形特征是底鼓、兩幫收縮變形，巷道圍巖收斂量一般可達600～900mm。巷道破壞的機理是底鼓導致兩幫松動，進一步引起頂板破壞，巷道支護的重點是加強對底板和兩幫的控制。

（3）下山巷道支護可采用Φ20-2400金屬錨桿，錨桿間排距800mm，頂板采用6000mm錨索按照1600mm排距進行加強支護，配合金屬網和鋼帶形成系統支護，并封閉圍巖表面。對于巖性變差時，可以采用底板反拱加錨固方式進行全斷面封閉支護。

參考文獻

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