玉溪煤礦巷道支護(hù)優(yōu)化方案研究

祁阿成

（山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責(zé)任公司，山西 沁水 048214）

1 概況

玉溪煤礦中央輔助運(yùn)輸大巷埋深750m左右，長(zhǎng)度約為1507m，屬于礦井永久性巷道之一，設(shè)計(jì)巷道形狀為直墻半圓拱形，巷道圍巖主要以砂質(zhì)泥巖和粉砂巖、頁(yè)巖為主，設(shè)計(jì)支護(hù)形式為錨網(wǎng)索噴支護(hù)。從當(dāng)前巷道使用情況來看，整體出現(xiàn)了較大的變形破壞，雖然經(jīng)過了兩次返修，但在巷道返修后又出現(xiàn)了較大破壞，這表明需要對(duì)巷道原有支護(hù)方式進(jìn)行優(yōu)化，從而更好滿足巷道支護(hù)的實(shí)際需求[1]。

2 大巷變形破壞特征

（1）巷道自穩(wěn)時(shí)間相對(duì)較短。中央輔助運(yùn)輸大巷首次開掘到返修兩次，每次均為從巷道暴露到出現(xiàn)大規(guī)模冒落的時(shí)間非常短，掘進(jìn)工作面在臨時(shí)支護(hù)時(shí)小型冒頂事故常發(fā)，甚至存在支護(hù)沒有到位時(shí)，整個(gè)巷道的斷面已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的縮小。從巷道變形情況來看，主要為兩幫首先開始收斂，然后是底板明顯的鼓起，最后是頂板下沉。從現(xiàn)場(chǎng)勘查情況來看，在巷道掘進(jìn)的兩個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，整個(gè)斷面的收斂量超過了原有斷面的1/2[2]。

（2）巷道變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。從巷道返修情況來看，在部分較為關(guān)鍵的位置進(jìn)行了針對(duì)性的補(bǔ)強(qiáng)，但是巷道仍舊處于動(dòng)態(tài)蠕變當(dāng)中，表現(xiàn)出明顯的可持續(xù)特點(diǎn)。

（3）圍巖松動(dòng)圈范圍較大。為了更為深入地掌握中央輔助運(yùn)輸大巷變形破壞特征，在巷道部分區(qū)段選擇使用鉆孔攝錄儀對(duì)圍巖裂隙分布情況進(jìn)行了觀測(cè)，觀測(cè)孔的深度在8m左右。從本次觀測(cè)情況來看，巷道整體裂隙密度較大，這表明巷道整體破壞范圍非常大，在巷道的頂板4.5m左右的位置存在次生裂隙，在巷道兩幫5.9m左右的位置也存在次生裂隙，巷道底板2.8m左右的位置也存在次生裂隙。

3 大巷變形破壞機(jī)理分析

（1）巷道圍巖應(yīng)力較大。巷道支護(hù)設(shè)計(jì)中，受到地應(yīng)力方向與大小的影響較大。使用鉆孔套芯應(yīng)力解除法對(duì)巷道地應(yīng)力進(jìn)行了測(cè)試，得到的測(cè)試結(jié)果如表1所示[3]。

表1 巷道圍巖地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果表

根據(jù)表1可知，中央輔助運(yùn)輸大巷所處位置水平應(yīng)力為第一主應(yīng)力，垂直應(yīng)力小于水平應(yīng)力，測(cè)壓系數(shù)接近1.5，且圍巖所處應(yīng)力相對(duì)較大，給巷道支護(hù)提出了較高的要求，這也是導(dǎo)致中央輔助運(yùn)輸大巷出現(xiàn)明顯變形破壞的主要原因之一，在如此大的應(yīng)力下，巷道圍巖表現(xiàn)出明顯的“工程軟巖”特征。

（2）巷道圍巖強(qiáng)度。將大巷圍巖制作成為標(biāo)準(zhǔn)試件，使用MTS巖石伺服試驗(yàn)機(jī)，并結(jié)合液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)等，對(duì)試件進(jìn)行了三軸、單軸及劈裂試驗(yàn)，得到的試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 巷道圍巖力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果

從表2可看出，巷道整體圍巖性質(zhì)較差，極限程度相對(duì)偏低，巷道圍巖整體表現(xiàn)出明顯的軟弱情況。在巷道開挖的初期，在巷道圍巖應(yīng)力條件下，已經(jīng)表現(xiàn)出明顯的塑化、裂化問題，影響到巷道整體的承載能力[4]。

（3）巷道礦物成分分析。通常情況下，巷道圍巖內(nèi)所含的礦物成分較多，會(huì)給巷道支護(hù)帶來明顯的負(fù)面影響。使用D/Max-3B型X射線衍射儀對(duì)中央輔助運(yùn)輸大巷所采的巖樣進(jìn)行了礦物質(zhì)分析。從分析情況來看，巷道圍巖中包含有較多的珍珠陶土、高嶺石及地開石，這類物質(zhì)均屬于膨脹性軟巖成分，遇水容易出現(xiàn)泥化、崩解及膨脹，特別是隨時(shí)間的延長(zhǎng)，巷道圍巖表現(xiàn)出明顯的流變性與變形可持續(xù)性。

（4）巷道原支護(hù)設(shè)計(jì)不夠合理。從巷道原支護(hù)設(shè)計(jì)來看，錨桿設(shè)計(jì)為Ф18×1800mm，錨索設(shè)計(jì)為Ф17.8×5300mm。但是從現(xiàn)場(chǎng)勘查情況來看，整體巷道的圍巖在高應(yīng)力作用下，錨桿斷裂、外移情況較多，這表明錨桿支護(hù)作用并沒有發(fā)揮出來，需要針對(duì)性加強(qiáng)錨桿支護(hù)強(qiáng)度。同時(shí)，錨索長(zhǎng)度也相對(duì)較短，并沒有充分發(fā)揮出深部穩(wěn)定圍巖對(duì)淺部圍巖的限制作用。此外，在巷道原支護(hù)設(shè)計(jì)中，并沒有對(duì)巷道底板進(jìn)行支護(hù)，導(dǎo)致底板成為了巷道高應(yīng)力釋放的空間，底板變形量的增加，也直接導(dǎo)致巷道兩幫和頂板圍巖變形量的增加。

4 大巷返修支護(hù)方案

結(jié)合巷道變形破壞特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用“錨網(wǎng)索+U型鋼環(huán)形支架+關(guān)鍵位置注漿”復(fù)合支護(hù)方案對(duì)巷道進(jìn)行返修。

4.1 返修支護(hù)方案支護(hù)機(jī)理及具體方案

（1）結(jié)合巷道實(shí)際及原支護(hù)方案情況，錨桿設(shè)計(jì)為Ф22×2800mm高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，相對(duì)于先前Ф18×1800mm的錨桿長(zhǎng)度加長(zhǎng)，有助于在巷道支護(hù)的初期形成巷道淺部穩(wěn)定支護(hù)結(jié)構(gòu)，有效地防止在巷道初期就出現(xiàn)明顯的大變形破壞的情況。同時(shí)配合使用了“金屬網(wǎng)+托盤”，再加上混凝土噴層，更好提升巷道表層支護(hù)的整體性。錨索設(shè)計(jì)采用Ф22×6300mm預(yù)應(yīng)力錨索，充分調(diào)動(dòng)深部穩(wěn)定圍巖對(duì)淺部巷道圍巖的懸吊作用，實(shí)現(xiàn)與淺部錨桿支護(hù)體之間的協(xié)同，形成“錨桿+金屬網(wǎng)+托盤+淺部圍巖+錨索+深部圍巖”所形成的復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)。如圖1所示。

圖1 錨桿支護(hù)示意圖

（2）為了更好提升支護(hù)的整體性，同時(shí)給巷道變形留有一定的空間，設(shè)計(jì)采用了U36型鋼支架，U型鋼支架和錨網(wǎng)索支護(hù)結(jié)構(gòu)之間留有一定的空隙，為深部高應(yīng)力巷道的變形留有一定的空間，實(shí)現(xiàn)“讓抗適度”的支護(hù)效果。隨著U型鋼支架變形的不斷增加，其提供的支護(hù)阻力也在持續(xù)增加，實(shí)現(xiàn)“高阻讓壓”的支護(hù)效果，這與當(dāng)前深部巷道支護(hù)實(shí)踐是相符的，如圖2所示。

圖2 U型鋼支護(hù)和錨索支護(hù)圖

（3）考慮到本次巷道底板變形較大的實(shí)際，結(jié)合巷道底板與兩幫的底部有明顯的涌水現(xiàn)象，在底板設(shè)計(jì)了注漿加固，實(shí)現(xiàn)對(duì)底板“水道”的有效封堵，更好提升底板支護(hù)效果，如圖3所示。

圖3 巷道底板支護(hù)+注漿支護(hù)示意圖

4.2 巷道返修效果

選擇使用“十字交叉法”對(duì)巷道返修情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，得到了圖4。可以看出，巷道圍巖整體取得了較好的控制效果，能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

圖4 巷道返修后變形圖

5 結(jié)束語

（1）從深部巷道支護(hù)實(shí)際來看，“錨網(wǎng)索噴”等傳統(tǒng)的巷道支護(hù)方案，在深部巷道支護(hù)中表現(xiàn)出明顯的不適應(yīng)性，這就需要支護(hù)設(shè)計(jì)過程中，充分考慮深部巷道支護(hù)實(shí)際特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際，設(shè)計(jì)出符合深部巷道圍巖控制特點(diǎn)的支護(hù)方案。

（2）深部巷道支護(hù)過程中，應(yīng)秉持“讓抗并重、先讓后抗”的支護(hù)理念，充分調(diào)動(dòng)圍巖的自穩(wěn)能力，才能更好地保證巷道支護(hù)效果。