煤礦沿空留巷控制圍巖的關(guān)鍵技術(shù)分析

張秉華

（山西離柳焦煤集團(tuán)有限公司，山西晉中031301）

由于沿空留巷往往容易受到來(lái)自采動(dòng)的影響，導(dǎo)致頂板裂隙被劃分為塊體結(jié)構(gòu)，因此導(dǎo)致離層與破壞的現(xiàn)象，最終將給巷道支護(hù)帶來(lái)困難。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)沿空留巷的肩角冒落以及相應(yīng)的頂板離層進(jìn)行全面的研究。張農(nóng)[1]等經(jīng)過(guò)對(duì)工況實(shí)際進(jìn)行調(diào)研與分析產(chǎn)生了沿空留巷圍巖控制理論，總結(jié)出了墻體快速構(gòu)筑“三位一體”圍巖控制、結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化、分區(qū)治理、預(yù)裂爆破卸壓等方式；柏建彪[2]通過(guò)全面探究沿空留巷圍巖控制技術(shù)發(fā)現(xiàn)可以有效地確定巷旁支護(hù)體主要參數(shù)，主要構(gòu)建有關(guān)巷旁充填沿空留巷的力學(xué)模型，從而更加容易對(duì)沿空留巷頂板破斷垮落情況進(jìn)行分析。

筆者從沿空留巷圍巖控制關(guān)鍵技術(shù)出發(fā)，對(duì)如下幾個(gè)方面的技術(shù)進(jìn)行分析：第一，可伸縮U 型鋼支架；第二，鎖棚錨桿/錨索；第三，預(yù)充填區(qū)頂板加固；第四，支架壁后充填等。進(jìn)而可以為沿空留巷支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)提供有效的理論支撐。

1 可伸縮U型鋼支架

可伸縮U型鋼支架可是實(shí)現(xiàn)可縮性以及具有一定的強(qiáng)度，從而可以有效地抑制塑性區(qū)的持續(xù)變形以及緩解頂板分離等。

可伸縮U 型鋼支架具體工作如下：支架與型鋼固定在一起，可以有效地吸收能量，從而保證相應(yīng)的預(yù)緊力。假如可伸縮U 型支架與相應(yīng)的圍巖進(jìn)行接觸時(shí)，型鋼與連接件之間將會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力，從而可以有效地防止圍巖發(fā)生變形。當(dāng)圍巖不斷變形時(shí)，支架阻力也不斷增加，可是假如支架承載能力低于圍巖阻力時(shí)，這樣將會(huì)導(dǎo)致型鋼出現(xiàn)撓曲破壞，進(jìn)而發(fā)生失去承載能力的現(xiàn)象[3]。

2 支架壁后充填技術(shù)

假如需要對(duì)圍巖支架壁進(jìn)行填充的過(guò)程中，通常能夠有效地提高圍巖與支架之間的作用力。與此同時(shí)，經(jīng)過(guò)填充之后的圍巖能夠有效地優(yōu)化結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以減小了巷道斷面的收縮量。

（1）壁后充填作用，假如完成填充之后，其可以有效地充實(shí)圍巖空洞，能夠有效地改善圍巖的結(jié)構(gòu)以及提升了對(duì)殘余應(yīng)力的強(qiáng)度，最終能夠有效地優(yōu)化支架與圍巖之間的相互作用。為了能夠有效地降低支架因載荷集中出現(xiàn)的破壞，此技術(shù)具有如下幾個(gè)方面的作用：第一，壁后完成填充之后，能夠有效的優(yōu)化淺部圍巖剛度以及相應(yīng)的殘余強(qiáng)度，可以有效地提升后載支護(hù)能力，從而能夠進(jìn)一步防止支護(hù)出現(xiàn)傾斜失穩(wěn)[4]。第二，該技術(shù)在降低支架耳部集中載荷方面發(fā)揮著非常重要的作用，從而可以避免鋼筋網(wǎng)拉力不均勻的現(xiàn)象，以及可以有效地優(yōu)化鋼筋網(wǎng)的抗彎能力；第三，可以有效地優(yōu)化支架與圍巖之間的關(guān)系，從而進(jìn)一步弱化之間截面的異化程度。

（2）壁后充填的施工方法，該方式主要可以分為如下兩種：濕式、干式。筆者主要針對(duì)濕式填充的方式進(jìn)行講解，其具有如下特點(diǎn)：填充效果好以及設(shè)備簡(jiǎn)單等。其適用的范圍為巖性變化大以及相應(yīng)的局部地段的巷道。圖1 表示濕式充填采用預(yù)埋“T”型管注漿充填，其壁厚采用3.25mm，通常將其一段暴露在巷道表面，從而可以方便地注漿，與此同時(shí)在另一段設(shè)置鋼筋笆片，進(jìn)一步設(shè)置噴射漿液。通常射漿管直徑可以設(shè)置為26.8mm。接著，可以在巷道表面噴射混凝土砂漿，其相應(yīng)的厚度設(shè)置為50～70mm 的范圍內(nèi)，進(jìn)一步可以有效地阻止?jié){液外流以及對(duì)U型鋼棚產(chǎn)生不必要的腐蝕，進(jìn)一步能夠有效地提高支架的承載能力[5]。

3 鎖棚錨桿/錨索技術(shù)

鎖棚錨桿/錨索能夠有效地提升支架在偏心載荷位置的承載能力，以及優(yōu)化圍巖性能，從而可以有效地提升支架偏載的能力，其包括走向錨桿梁以及相應(yīng)的鎖棚卡纜。

（1）走向錨桿梁，圖2表示相應(yīng)的連接方式，通常梁可以選用工字鋼加工，通過(guò)工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，可以對(duì)梁的開(kāi)孔數(shù)量以及相應(yīng)的位置進(jìn)行調(diào)整，其可以直接避免出現(xiàn)連接缺點(diǎn)的問(wèn)題，從而可以使得使U 型鋼成為一個(gè)整體，進(jìn)一步優(yōu)化支架的承載能力。

（2）鎖棚卡纜，圖3表示相應(yīng)的連接方式，依據(jù)相應(yīng)的U 型鋼棚的截面特性，可以把卡纜制作成為一個(gè)彎曲的形狀，這樣可以保證U 型鋼棚呈現(xiàn)緊密性。可以將錨固孔設(shè)置成為扁長(zhǎng)形，同時(shí)將其設(shè)置在兩側(cè)耳翼上，最大限度地提高U型鋼棚的支護(hù)能力。

4 滯后注漿技術(shù)

滯后注漿技術(shù)能夠?qū)鷰r的弱面以及相應(yīng)的裂隙進(jìn)行膠結(jié)，從而可以達(dá)到錨桿與錨索之間進(jìn)行二次支護(hù)，從而可以有效地提高支護(hù)的承載能力。依據(jù)相關(guān)力學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，假如將其設(shè)置在25MPa 的三軸受壓的環(huán)境下，粉砂巖的強(qiáng)度可以達(dá)到11MPa。假如設(shè)置了滯后注漿技術(shù)，那么其強(qiáng)度可以達(dá)到33MPa，圖4表示相應(yīng)的粉砂巖和固結(jié)體全應(yīng)力應(yīng)變曲線。

通過(guò)分析圖4可以發(fā)現(xiàn)，其在圍巖殘余強(qiáng)度方面比較理想，依據(jù)該礦所在地質(zhì)條件，其巷道初始支護(hù)力可以達(dá)到0.2MPa，相應(yīng)的巷道半徑可以達(dá)到2.5m，相應(yīng)的圍巖膨脹角設(shè)置為2°～9°的范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)的內(nèi)摩擦角的范圍為20°～35°，其彈性模量的數(shù)值可以達(dá)到3.5GPa。圖5表示相應(yīng)的塑性圈半徑與巷道表面位移在注漿后的影響情況。經(jīng)過(guò)分析圖5可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)粘聚力以及相應(yīng)的內(nèi)摩擦角不斷增大時(shí)，相應(yīng)的巷道表面位移以及塑性區(qū)半徑也隨即減小，由此可以看出注漿加固已經(jīng)達(dá)到了設(shè)定的要求。

5 預(yù)充填區(qū)頂板加固技術(shù)

沿空留巷巷旁支護(hù)對(duì)墻體進(jìn)行支護(hù)時(shí)選用構(gòu)件，其可以有效地降低頂板壓力以及進(jìn)一步防止頂板分離，從而能夠極大地增加頂板巖體的性能。圖6表示相應(yīng)的帶充填區(qū)和撕幫主動(dòng)控頂。采用小孔徑施工，采用高初撐力可縮單體液壓支柱能夠有效地提高巷內(nèi)支護(hù)能力，從而有效地控制頂板分離的現(xiàn)象。

6 結(jié)論

（1）經(jīng)過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，可伸縮U型鋼支架在圍巖的應(yīng)力平衡以及相應(yīng)的承擔(dān)阻力方面都起到一定的優(yōu)化效果，從而可以有效地提高圍巖壓力的變化，可以有效地控制沿空留巷圍巖的性能。

（2）在對(duì)壁后進(jìn)行填充之后，可以有效地提高圍巖的殘余應(yīng)力強(qiáng)度，進(jìn)一步優(yōu)化支架與圍巖之間的作用力。

（3）鎖棚錨桿/錨索能夠防止U 型鋼棚的彎曲，進(jìn)一步提升支架的承載能力。

（4）滯后注漿可以有效地優(yōu)化錨桿以及錨索之間的支護(hù)能力，從而可以極大地提高圍巖的整體承載力。