深井水平薄層頂板巷道支護(hù)原則及控制技術(shù)

李佩濤

摘 要：針對深井巷道圍巖變形特征和破壞特點所進(jìn)行分析和研究，分析了深井水平薄層頂板巷道圍巖強(qiáng)化控制技術(shù)原理：錨桿支護(hù)對巷道圍巖應(yīng)力場優(yōu)化、圍巖體強(qiáng)度強(qiáng)化以及圍巖承載結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)化，提出了相應(yīng)的失穩(wěn)變形控制對策。

關(guān)鍵詞：深井；薄層頂板；巷道圍巖控制技術(shù)

中圖分類號：TD821 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、深井水平薄層頂板巷道支護(hù)原則

巖石開掘后，仍具有一定的殘余強(qiáng)度，松動破裂的圍巖仍有一定的承載能力，

圍巖既是支護(hù)壓力作用的對象又是抵抗壓力的承載體，其承載作用往往是支護(hù)的主體。巷道支護(hù)中，一般要遵循下面幾個原則：

1圍巖的殘余強(qiáng)度的維護(hù)和保持原則。水或風(fēng)化的作用后會使一般軟巖的強(qiáng)度降低。為了防止圍巖風(fēng)化潮解，減少圍巖強(qiáng)度的損失就應(yīng)該在開巷后第一時間噴射混凝土封閉巖面；采用光面爆破技術(shù)施工，有利于保持巷道圍巖的強(qiáng)度。

2圍巖的殘余強(qiáng)度的提高原則

（1）改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，提高圍巖整體支承能力，開掘后及時主動支護(hù)，使二維應(yīng)力狀態(tài)向三向應(yīng)力轉(zhuǎn)移，提高圍巖殘余強(qiáng)度；（2）采用錨桿、網(wǎng)、索主動支護(hù)。大量的工程實踐表明，錨桿、索的錨固力能將破碎的圍巖重新固定起來，提高了破碎圍巖的殘余強(qiáng)度，使其形成較高的可塑性及承載性。（3）特別破碎圍巖，采用注漿技術(shù)。對于非常嚴(yán)重破碎的巖體，錨桿支護(hù)就不能達(dá)到要求，這種情況下就應(yīng)該進(jìn)行注漿，使破碎圍巖具有一定的整體性，可以再配合錨桿支護(hù)。這樣就提高了嚴(yán)重破碎圍巖的殘余強(qiáng)度。所以注漿方式根據(jù)現(xiàn)場圍巖破碎情況分為單獨注漿，或是采用錨注式錨桿。

3充分發(fā)揮圍巖承載能力原則。

二、深井水平薄層頂板巷道控制技術(shù)

1頂部注漿防泥化控制技術(shù)

Z.Langof通過對世界上許多地下硐室圍巖壓力的總結(jié)和分析，發(fā)現(xiàn)堅硬巖石中地下硐室周邊的圍巖壓力極不對稱，大壓力區(qū)和小壓力區(qū)往往相間出現(xiàn)，且最大壓力出現(xiàn)在邊墻和墻角，其值數(shù)倍于拱頂中心；而軟巖硐室的地壓在硐周分布較為均勻和對稱，最大壓力多出現(xiàn)在拱頂中心。頂板泥巖巷道自身強(qiáng)度低，承載性能差，在高應(yīng)力作用下很快發(fā)生早期松散膨脹變形；加之裂隙水的水理作用，泥化趨勢加劇，使頂板巖層很快失去承載性能，造成巷道頂板的大幅度彎曲下沉。過度的變形下沉就可能造成頂板巖梁的破斷繼而造成巷道垮冒。因此，這類巷道圍巖穩(wěn)定性控制的關(guān)鍵首先是防治頂板巖層泥化控制技術(shù)，而頂部注漿就是防泥化的最有效手段。

通過在頂板巖層中施工注漿，漿液與頂部巖層中的裂隙密合，封堵滲水通道，有效減弱泥質(zhì)巖體的泥化水理作用，積極預(yù)防頂板泥巖泥化過程和親水時間，減弱泥巖膨脹變形效應(yīng)。如圖1所示。

2幫部桁架防擠出控制技術(shù)

由于煤層中存在薄層夾矸，這個薄層夾矸在周圍裂隙滲水貫通的情況下同樣發(fā)生象頂板泥巖遇水泥化膨脹鼓出的現(xiàn)象。另外一種情況是，大斷面巷道幫部高度較大，高幫在高地應(yīng)力作用下極易發(fā)生屈曲層裂。這些情況都屬于巷道承載結(jié)構(gòu)的不協(xié)調(diào)，這些部位是最敏感最脆弱的受力大變形部位，都需要針對性進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。因而，在巷道幫部采用桁架加固技術(shù)防治幫部泥巖夾矸遇水泥化膨脹鼓出。如圖2所示。

3深井水平薄層頂板巷道變形失穩(wěn)控制對策

復(fù)合頂板的漸進(jìn)離層垮冒，是影響巷道圍巖穩(wěn)定的關(guān)鍵因素之一，高預(yù)應(yīng)力支護(hù)是在此過程中充分調(diào)動此類巷道特殊的結(jié)構(gòu)效應(yīng)和圍巖自身的穩(wěn)定性，控制頂板的兩類離層和垮冒，安全狀況和支護(hù)效果得到很大提升。

3.1 提高錨桿的預(yù)應(yīng)力，能夠?qū)λ擅搮^(qū)巖體與上位巖體及時擠壓加固，減緩頂板巖石松脫范圍的擴(kuò)大。

3.2 通過擴(kuò)大錨固范圍來加強(qiáng)上部頂板弱面強(qiáng)度，調(diào)動深部巷道圍巖的穩(wěn)定性和自身強(qiáng)度，提升頂板變形剛度，消除頂板的漸次離層和垮冒。

3.3 當(dāng)頂板的不穩(wěn)定層厚很大時，錨固區(qū)域達(dá)不到深部的穩(wěn)定巖層時，可以利用巷道上幫角的圍巖擠壓區(qū)來建立承載結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生反力矩，減小水平應(yīng)力作用產(chǎn)生頂板巖層的破壞，也可預(yù)防頂板錨固結(jié)構(gòu)失效時的突發(fā)垮冒。

參考文獻(xiàn)

[1]袁亮.高瓦斯礦區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件安全高效開采關(guān)鍵技術(shù)[J].煤炭學(xué)報，2006.

[2]馬崇山.厚泥巖頂板支護(hù)理論與實踐[J].陜西煤炭，2011.endprint

摘 要：針對深井巷道圍巖變形特征和破壞特點所進(jìn)行分析和研究，分析了深井水平薄層頂板巷道圍巖強(qiáng)化控制技術(shù)原理：錨桿支護(hù)對巷道圍巖應(yīng)力場優(yōu)化、圍巖體強(qiáng)度強(qiáng)化以及圍巖承載結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)化，提出了相應(yīng)的失穩(wěn)變形控制對策。

關(guān)鍵詞：深井；薄層頂板；巷道圍巖控制技術(shù)

中圖分類號：TD821 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、深井水平薄層頂板巷道支護(hù)原則

巖石開掘后，仍具有一定的殘余強(qiáng)度，松動破裂的圍巖仍有一定的承載能力，

圍巖既是支護(hù)壓力作用的對象又是抵抗壓力的承載體，其承載作用往往是支護(hù)的主體。巷道支護(hù)中，一般要遵循下面幾個原則：

1圍巖的殘余強(qiáng)度的維護(hù)和保持原則。水或風(fēng)化的作用后會使一般軟巖的強(qiáng)度降低。為了防止圍巖風(fēng)化潮解，減少圍巖強(qiáng)度的損失就應(yīng)該在開巷后第一時間噴射混凝土封閉巖面；采用光面爆破技術(shù)施工，有利于保持巷道圍巖的強(qiáng)度。

2圍巖的殘余強(qiáng)度的提高原則

（1）改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，提高圍巖整體支承能力，開掘后及時主動支護(hù)，使二維應(yīng)力狀態(tài)向三向應(yīng)力轉(zhuǎn)移，提高圍巖殘余強(qiáng)度；（2）采用錨桿、網(wǎng)、索主動支護(hù)。大量的工程實踐表明，錨桿、索的錨固力能將破碎的圍巖重新固定起來，提高了破碎圍巖的殘余強(qiáng)度，使其形成較高的可塑性及承載性。（3）特別破碎圍巖，采用注漿技術(shù)。對于非常嚴(yán)重破碎的巖體，錨桿支護(hù)就不能達(dá)到要求，這種情況下就應(yīng)該進(jìn)行注漿，使破碎圍巖具有一定的整體性，可以再配合錨桿支護(hù)。這樣就提高了嚴(yán)重破碎圍巖的殘余強(qiáng)度。所以注漿方式根據(jù)現(xiàn)場圍巖破碎情況分為單獨注漿，或是采用錨注式錨桿。

3充分發(fā)揮圍巖承載能力原則。

二、深井水平薄層頂板巷道控制技術(shù)

1頂部注漿防泥化控制技術(shù)

Z.Langof通過對世界上許多地下硐室圍巖壓力的總結(jié)和分析，發(fā)現(xiàn)堅硬巖石中地下硐室周邊的圍巖壓力極不對稱，大壓力區(qū)和小壓力區(qū)往往相間出現(xiàn)，且最大壓力出現(xiàn)在邊墻和墻角，其值數(shù)倍于拱頂中心；而軟巖硐室的地壓在硐周分布較為均勻和對稱，最大壓力多出現(xiàn)在拱頂中心。頂板泥巖巷道自身強(qiáng)度低，承載性能差，在高應(yīng)力作用下很快發(fā)生早期松散膨脹變形；加之裂隙水的水理作用，泥化趨勢加劇，使頂板巖層很快失去承載性能，造成巷道頂板的大幅度彎曲下沉。過度的變形下沉就可能造成頂板巖梁的破斷繼而造成巷道垮冒。因此，這類巷道圍巖穩(wěn)定性控制的關(guān)鍵首先是防治頂板巖層泥化控制技術(shù)，而頂部注漿就是防泥化的最有效手段。

通過在頂板巖層中施工注漿，漿液與頂部巖層中的裂隙密合，封堵滲水通道，有效減弱泥質(zhì)巖體的泥化水理作用，積極預(yù)防頂板泥巖泥化過程和親水時間，減弱泥巖膨脹變形效應(yīng)。如圖1所示。

2幫部桁架防擠出控制技術(shù)

由于煤層中存在薄層夾矸，這個薄層夾矸在周圍裂隙滲水貫通的情況下同樣發(fā)生象頂板泥巖遇水泥化膨脹鼓出的現(xiàn)象。另外一種情況是，大斷面巷道幫部高度較大，高幫在高地應(yīng)力作用下極易發(fā)生屈曲層裂。這些情況都屬于巷道承載結(jié)構(gòu)的不協(xié)調(diào)，這些部位是最敏感最脆弱的受力大變形部位，都需要針對性進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。因而，在巷道幫部采用桁架加固技術(shù)防治幫部泥巖夾矸遇水泥化膨脹鼓出。如圖2所示。

3深井水平薄層頂板巷道變形失穩(wěn)控制對策

復(fù)合頂板的漸進(jìn)離層垮冒，是影響巷道圍巖穩(wěn)定的關(guān)鍵因素之一，高預(yù)應(yīng)力支護(hù)是在此過程中充分調(diào)動此類巷道特殊的結(jié)構(gòu)效應(yīng)和圍巖自身的穩(wěn)定性，控制頂板的兩類離層和垮冒，安全狀況和支護(hù)效果得到很大提升。

3.1 提高錨桿的預(yù)應(yīng)力，能夠?qū)λ擅搮^(qū)巖體與上位巖體及時擠壓加固，減緩頂板巖石松脫范圍的擴(kuò)大。

3.2 通過擴(kuò)大錨固范圍來加強(qiáng)上部頂板弱面強(qiáng)度，調(diào)動深部巷道圍巖的穩(wěn)定性和自身強(qiáng)度，提升頂板變形剛度，消除頂板的漸次離層和垮冒。

3.3 當(dāng)頂板的不穩(wěn)定層厚很大時，錨固區(qū)域達(dá)不到深部的穩(wěn)定巖層時，可以利用巷道上幫角的圍巖擠壓區(qū)來建立承載結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生反力矩，減小水平應(yīng)力作用產(chǎn)生頂板巖層的破壞，也可預(yù)防頂板錨固結(jié)構(gòu)失效時的突發(fā)垮冒。

參考文獻(xiàn)

[1]袁亮.高瓦斯礦區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件安全高效開采關(guān)鍵技術(shù)[J].煤炭學(xué)報，2006.

[2]馬崇山.厚泥巖頂板支護(hù)理論與實踐[J].陜西煤炭，2011.endprint

摘 要：針對深井巷道圍巖變形特征和破壞特點所進(jìn)行分析和研究，分析了深井水平薄層頂板巷道圍巖強(qiáng)化控制技術(shù)原理：錨桿支護(hù)對巷道圍巖應(yīng)力場優(yōu)化、圍巖體強(qiáng)度強(qiáng)化以及圍巖承載結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)化，提出了相應(yīng)的失穩(wěn)變形控制對策。

關(guān)鍵詞：深井；薄層頂板；巷道圍巖控制技術(shù)

中圖分類號：TD821 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、深井水平薄層頂板巷道支護(hù)原則

巖石開掘后，仍具有一定的殘余強(qiáng)度，松動破裂的圍巖仍有一定的承載能力，

圍巖既是支護(hù)壓力作用的對象又是抵抗壓力的承載體，其承載作用往往是支護(hù)的主體。巷道支護(hù)中，一般要遵循下面幾個原則：

1圍巖的殘余強(qiáng)度的維護(hù)和保持原則。水或風(fēng)化的作用后會使一般軟巖的強(qiáng)度降低。為了防止圍巖風(fēng)化潮解，減少圍巖強(qiáng)度的損失就應(yīng)該在開巷后第一時間噴射混凝土封閉巖面；采用光面爆破技術(shù)施工，有利于保持巷道圍巖的強(qiáng)度。

2圍巖的殘余強(qiáng)度的提高原則

（1）改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，提高圍巖整體支承能力，開掘后及時主動支護(hù)，使二維應(yīng)力狀態(tài)向三向應(yīng)力轉(zhuǎn)移，提高圍巖殘余強(qiáng)度；（2）采用錨桿、網(wǎng)、索主動支護(hù)。大量的工程實踐表明，錨桿、索的錨固力能將破碎的圍巖重新固定起來，提高了破碎圍巖的殘余強(qiáng)度，使其形成較高的可塑性及承載性。（3）特別破碎圍巖，采用注漿技術(shù)。對于非常嚴(yán)重破碎的巖體，錨桿支護(hù)就不能達(dá)到要求，這種情況下就應(yīng)該進(jìn)行注漿，使破碎圍巖具有一定的整體性，可以再配合錨桿支護(hù)。這樣就提高了嚴(yán)重破碎圍巖的殘余強(qiáng)度。所以注漿方式根據(jù)現(xiàn)場圍巖破碎情況分為單獨注漿，或是采用錨注式錨桿。

3充分發(fā)揮圍巖承載能力原則。

二、深井水平薄層頂板巷道控制技術(shù)

1頂部注漿防泥化控制技術(shù)

Z.Langof通過對世界上許多地下硐室圍巖壓力的總結(jié)和分析，發(fā)現(xiàn)堅硬巖石中地下硐室周邊的圍巖壓力極不對稱，大壓力區(qū)和小壓力區(qū)往往相間出現(xiàn)，且最大壓力出現(xiàn)在邊墻和墻角，其值數(shù)倍于拱頂中心；而軟巖硐室的地壓在硐周分布較為均勻和對稱，最大壓力多出現(xiàn)在拱頂中心。頂板泥巖巷道自身強(qiáng)度低，承載性能差，在高應(yīng)力作用下很快發(fā)生早期松散膨脹變形；加之裂隙水的水理作用，泥化趨勢加劇，使頂板巖層很快失去承載性能，造成巷道頂板的大幅度彎曲下沉。過度的變形下沉就可能造成頂板巖梁的破斷繼而造成巷道垮冒。因此，這類巷道圍巖穩(wěn)定性控制的關(guān)鍵首先是防治頂板巖層泥化控制技術(shù)，而頂部注漿就是防泥化的最有效手段。

通過在頂板巖層中施工注漿，漿液與頂部巖層中的裂隙密合，封堵滲水通道，有效減弱泥質(zhì)巖體的泥化水理作用，積極預(yù)防頂板泥巖泥化過程和親水時間，減弱泥巖膨脹變形效應(yīng)。如圖1所示。

2幫部桁架防擠出控制技術(shù)

由于煤層中存在薄層夾矸，這個薄層夾矸在周圍裂隙滲水貫通的情況下同樣發(fā)生象頂板泥巖遇水泥化膨脹鼓出的現(xiàn)象。另外一種情況是，大斷面巷道幫部高度較大，高幫在高地應(yīng)力作用下極易發(fā)生屈曲層裂。這些情況都屬于巷道承載結(jié)構(gòu)的不協(xié)調(diào)，這些部位是最敏感最脆弱的受力大變形部位，都需要針對性進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。因而，在巷道幫部采用桁架加固技術(shù)防治幫部泥巖夾矸遇水泥化膨脹鼓出。如圖2所示。

3深井水平薄層頂板巷道變形失穩(wěn)控制對策

復(fù)合頂板的漸進(jìn)離層垮冒，是影響巷道圍巖穩(wěn)定的關(guān)鍵因素之一，高預(yù)應(yīng)力支護(hù)是在此過程中充分調(diào)動此類巷道特殊的結(jié)構(gòu)效應(yīng)和圍巖自身的穩(wěn)定性，控制頂板的兩類離層和垮冒，安全狀況和支護(hù)效果得到很大提升。

3.1 提高錨桿的預(yù)應(yīng)力，能夠?qū)λ擅搮^(qū)巖體與上位巖體及時擠壓加固，減緩頂板巖石松脫范圍的擴(kuò)大。

3.2 通過擴(kuò)大錨固范圍來加強(qiáng)上部頂板弱面強(qiáng)度，調(diào)動深部巷道圍巖的穩(wěn)定性和自身強(qiáng)度，提升頂板變形剛度，消除頂板的漸次離層和垮冒。

3.3 當(dāng)頂板的不穩(wěn)定層厚很大時，錨固區(qū)域達(dá)不到深部的穩(wěn)定巖層時，可以利用巷道上幫角的圍巖擠壓區(qū)來建立承載結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生反力矩，減小水平應(yīng)力作用產(chǎn)生頂板巖層的破壞，也可預(yù)防頂板錨固結(jié)構(gòu)失效時的突發(fā)垮冒。

參考文獻(xiàn)

[1]袁亮.高瓦斯礦區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件安全高效開采關(guān)鍵技術(shù)[J].煤炭學(xué)報，2006.

[2]馬崇山.厚泥巖頂板支護(hù)理論與實踐[J].陜西煤炭，2011.endprint