破碎圍巖巷道變形特征分析及支護優(yōu)化研究

武世杰

（晉能控股煤業(yè)集團王村煤業(yè)有限責任公司，山西 大同 037000）

1 7603 采面概況

晉能控股煤業(yè)集團某礦7603 采面的采空區(qū)與7605 采面回風巷臨近，護巷煤柱存在與二者之間，而且護巷煤柱的寬度是20 m。而且7605 回風巷進行掘進的方向是與煤層的底板方向相同，斷面為矩形，選取綜掘措施，掘進的長度為1 800 m。在7 號煤層中，其厚度與傾角分別是5.76 m、4°～8°，而且埋深是475 m，存在穩(wěn)定性，在礦井中，7 號煤層也是最關鍵的采煤層。底板與7 號煤層頂的巖性是泥巖，具有比較低的硬度。因為在該回風巷內有發(fā)育的斷層存在于掘進范圍中，而且還有7603 采面采空區(qū)不是正向的支撐壓力對其的影響，不僅會使巷道圍巖發(fā)生破碎，而且會影響巷道的支護效果與掘進速度，如何保證巷道正常掘進及以后可以安裝使用，是目前礦井解決的主要問題[1-2]。

2 圍巖變形特征及破壞原因分析

2.1 破碎圍巖巷道發(fā)生變形的主要特征

就破碎圍巖而言，其主要的特征是比較差的巖性，比較低的抗剪與抗拉強度、復合破壞。以7605 回風巷完成掘進的范圍中的圍巖存在變形破碎的狀況為基礎，來分析，當巷道掘進完成之后，就會有變形破壞發(fā)生于圍巖中，尤其是兩邊的巷道有非常明顯的位移量，還有非常明顯的底板下沉量與底鼓量。

又如何良俊《曲論》云：“元人樂府稱馬東籬、鄭德輝、關漢卿、白仁甫為四大家。馬之詞老健而乏姿媚，關之詞激厲而少蘊藉，白頗簡淡，所欠者俊語，當以鄭為第一。”[16](P6)對慣已有之的元曲四大家之說加以肯定，承認馬致遠、鄭光祖、關漢卿、白樸四人在元曲中的領軍地位，同時又以批判眼光分別指出諸人創(chuàng)作中的不足，從而修正了元代以來的四人排序，認為以鄭光祖為第一。姑且不論對馬、關、白的批評是否得當，僅以何良俊所持的批判態(tài)度而言，與明初《太和正音譜》《錄鬼簿》中對元曲作家一味贊揚、只言其佳的推尊理念相比，已呈現出一種明顯的更趨客觀的進步傾向。

2.2 分析巷道圍巖破壞的主要原因

1）由于掘進巷道中的底板與頂板的巖性是泥巖，而且是巖性不強，強度較低，而且有蒙脫石存在于其內部，當蒙脫石在和水相遇之后，會有變形發(fā)生，進而發(fā)生膨脹，所有就會有水從頂板的裂隙中滲出來；而且巷道有475 m 的埋深，具有比較大的地應力；在掘進區(qū)域中有很多斷層被遇到，由于斷層所帶來的影響，就會增加圍巖發(fā)生破碎的程度。

2）使用角底錨桿是巷道之前所選取的支護措施，而且掘進完成之后無法及時控制圍巖，不僅造成塑性區(qū)逐漸轉移到深部，而且不能成功支護巷道。

在圖2 中可以發(fā)現，當圍巖是無支護狀態(tài)時，頂板下沉是變形的表現，而且其下沉量在465.3 mm 以上；當巷道處于原支護狀態(tài)時，其下沉量是198.4 mm；當圍巖支護被使用之后，下降幅度在60%左右；當巷道處于優(yōu)化支護之后的狀態(tài)時，其下沉量是112.3 mm，大概是原支護的1/2 左右。三種圍巖控制措施下，其巷幫變形量（新支護、原支護、無支護）相應是60.1 mm、156.7 mm 及289.2 mm，由于支護參數慢慢合理，所以巷幫位移量也向明顯下降的方向發(fā)展，在把支護參數優(yōu)化之后，原支護、無支護下的巷幫位移量分別是61.6%、79.22%。支護優(yōu)化之后、原支護、無支護下的巷道底鼓量分別是41.3 mm、78.2 mm 及105.4 mm。由于巷道圍巖升高的支護強度，所以巷道圍巖的變形量就會呈現下降的走向，就會明顯控制巷道圍巖[4-9]。

3 巷道支護優(yōu)化

3.1 支護設計

樣本按“1.3”項試驗條件進行氣相色譜質譜分析，對應總離子流色譜圖如圖1所示。從圖1可以看出，試驗用氣相色譜條件滿足紫椴鮮花揮發(fā)性成分的分離要求。經氣相色譜-質譜聯用儀分析，用NIST05數據系統(tǒng)檢索，分離出55個色譜峰，最終鑒定44種成分，占總面積的96.71%。揮發(fā)性成分分析及面積歸一化法定量結果見表1。表1 數據說明，紫椴花主要揮發(fā)性有機成分有芳樟醇(34.37%)、β-苯乙醇(31.37%)、β-順式-羅勒烯 (12.03%)、丁香醇A(2.00%)、反式-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氫化-2-呋喃甲醇(3.59%)等，占揮發(fā)性物質總量的83.36%。

頂板的規(guī)格與材質和巷幫支護所選取錨桿的相同，排距與間距都是1 000 mm。把梯子梁布置到巷幫中，該梯子梁的主要作用是幫助支護錨桿。

圖1 優(yōu)化后的巷道支護設計（單位：mm）

錨索與平常的螺紋鋼錨桿使用到頂板支護中，而且相應的數量是2 根與6 根，相應的規(guī)格是Φ22 mm×6 300 mm、Φ22 mm×2 400 mm，相鄰錨索、錨桿之間的距離分別是1 800 mm、900 mm，900 mm、1 000 mm，而且托盤的規(guī)格相應為300 mm× 300 mm×12 mm、150 mm×150 mm×12 mm，使用輔助支護的是金屬網，而且是菱形的，250 mm×250 mm 是網孔的規(guī)格[3]。

Although it is established that low educational level is associated with low participation rates in CRC screening programs, the results of this study indicate that those with high educational level exhibited less compliance as compared to those of low-intermediate one.

按照巷道圍巖存在破碎變形的主要特征和變形破碎產生的原因進行分析，得出的結果是，在優(yōu)化7605 回風巷的支護間之后，把控制圍巖的方案提出來了，而且該方案的核心是錨網索，如圖1 就是優(yōu)化后的巷道支護設計圖。

3.2 實施模擬分析

在支護參數控制圍巖的效果指標中，最主要的就是圍巖的變形量，選取數值模擬技術來分析支護條件不同時巷道圍巖發(fā)生變形的主要特征，圖2 就是新支護、原支護、無支護的巷道圍巖的變形量。

圖2 不同圍巖控制措施下的巷道變形量

3）比較低的支護強度與支護力，使巷道圍巖增大了分布塑性區(qū)的區(qū)域，而且控制及時，這就會擴展塑性區(qū)。

少女隨著少年，將視線投向西方，入目所見，盡是綿延的蒼山，哪里有“它們”的身影？她望向少年，她看到少年的眼睛，有那么一瞬，閃過了一道金色的光，眼仁也由白色變成了金黃。

4 現場應用效果分析

由于要對優(yōu)化之后的支護的控制圍巖的效果進行驗證，把Ⅰ號測站與Ⅱ號測站相應布置到巷道掘進的100 m 與300 m 處，巷道圍巖在Ⅰ號測站與Ⅱ號測站的變形大致相同。當Ⅰ號測站處，底板與頂板累計的收斂量在86 mm 左右，而且頂板的下沉量與底板的底鼓量相應是67 mm、19 mm；底板與頂板在Ⅱ號測站累計的收斂量是92 mm，底板的底鼓量與頂板的下沉量分別是21 mm、72 mm。根據圍巖在Ⅰ號測站與Ⅱ號測站的變形速度進行分析，由于不斷增加的支護時間，就會降低圍巖發(fā)生變形的速度，當掘進進行支護之后，在0～6 d 時，變形量會有非常明顯增加的趨勢，而且變形速率大概在15 mm/d；在6～15 d 時，會緩慢增加變形量；在15d 之后，增加變形量的速率基本保持0.2 mm/d 以下，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。當圍巖支護參數在優(yōu)化之后用于7605 回風巷中，圍巖的變形得到明顯控制，保證以后巷道能夠安全使用。

5 結語

1）在7605 回風巷的圍巖有較大變形的主要原因為圍巖具有較低的破碎強度、不合理的支護參數、較高的地應力、與水相遇就會膨脹等，提高巷道圍巖的支護強度是保證破碎圍巖安全最關鍵因素。

2）當優(yōu)化巷道的支護參數后，按照監(jiān)測圍巖變形的結果發(fā)現，能夠很好地控制7605 回風巷圍巖的變形，保證巷道能夠安全使用。