淺析高應力巷道支護技術研究

楊志朋

(河南能源永錦公司云煤一礦生產科,河南許昌 461670)

淺析高應力巷道支護技術研究

楊志朋

(河南能源永錦公司云煤一礦生產科,河南許昌 461670)

對高應力巷道區域支護及效果進行全面分析,針對深部軟巖巷道圍巖應力高、松動范圍比較大、圍巖變形相對較為嚴重的特點,應用深層巷道圍巖來控制“內、外承載結構”耦合穩定原理,提出了深部軟巖巷道卸壓支護技術。并取得了很好的經濟效益。為同類軟巖巷道支護提供了更好借鑒。為進一步升級巷道及改善原有問題提供合理參考數據。

內、外承載結構 卸壓 聯合支護

隨著礦井不斷的開采，目前我國大部分礦井的開采深度逐漸增加.由于深度的加大，巷道掘進和維護的環境就越來越差，軟巖巷道維護較為困難，軟巖問題尤為突出.巷道頂板不斷下沉，兩幫變形嚴重，最為突出的是底臌強烈，且持續變形，給巷道圍巖支護控制帶來極大的不便。

1 深部巷道圍巖控制“內、外承載結構”耦合穩定原理

依據深層軟巖巷道礦壓特征，提出深層巷道圍巖控制“內、外承載結構”耦合穩定原理，“內承載結構”是指錨固體、注漿體及支架等巷道支護構造；“外承載結構”指巷道圍巖應力峰值點附近，以部分塑性硬化區和軟化區巖體為主體組成的承載結構，為主承載結構。

2 卸壓支護技術的提出

根據深部巷道圍巖控制“內、外承載結構”耦合穩定原理，提出了深層軟巖巷道卸壓支護新技術。此項技術綜合運用圍巖卸壓、錨梁網噴支護、u型鋼支護、注漿和錨索加強支護等方法。

3 導硐卸壓及支護參數

(1)導硐幾何形狀及尺寸。導硐的方位與設計巷道的方位完全一致.斷面采用半圓拱形，墻高1m，寬2.4m，如圖3.l所示。

(2)導硐支護。導硐采用錨網噴支護。采用L1800mm，l8mm的圓鋼錨桿，每根錨桿采用1支L600mm直徑為23mm的樹脂藥卷錨固，錨桿間排距為800mmx800mm。采用直徑為4mm的100mmX100mm網孔鐵絲網護幫護頂。全斷面噴射混凝土±30mm厚，支護斷面如圖3.l所示。

(3)卸壓時間。卸壓時間依據導硐開挖支護后變形損壞情況確定。卸壓導硐開挖支護后l0至15d內，圍巖收斂變形速率相對較快，噴層不斷開裂，巖層中裂隙增加，相對應力釋放較快，如圖3.2中OA段所示。15d后圍巖松動，軟弱夾層破碎流變，如圖2中AB段所示，35d以后圍巖變形減緩，曲線變平，如圖3.2中BC段所示，說明卸壓已基本完成，可以進行擴巷和支護工作。

圖3.1 卸壓導硐錨桿布置示意圖

圖3.2 卸壓導硐u-l曲線圖

圖6.1 圍巖蠕進卸壓支架結構

圖4.1 最佳支護時間

4 巷道支護參數

(1)錨桿支護參數。采用L2400mm直徑20mm的強螺紋鋼無縱筋錨桿，排間距為650mm×700mm。采用2支L600mm直徑23mm的樹脂藥卷加長錨固，巷道頂板和兩幫掛鋼絲網和鋪設鋼筋梯子梁。(2)注漿加固參數。采用水泥單液注漿，水灰比0.8：1，加入水玻璃3%(體積比)。頂板和幫注漿孔深度為3000mm，底板注漿孔深度2000mm，直徑均為32～42mm。注漿孔排距2000mm，間距1500mm.注漿壓力為l～2MPa，根據圍巖情況具體確定，圍巖破碎時適當降低注漿壓力，圍巖完整時適當提高注漿壓力。一般情況下對圍巖進行一次注漿，圍巖來壓嚴重時，可以多次進行注漿。(3)U型鋼支護參數。采用U29型鋼支架，排距600mm。(4)錨索支護參數。錨索孔直徑28mm，采用錨桿鉆機打眼。錨索采用l5.24×7300mm單根鋼絞線，錨深7000mm，外露不超過300mm。每根錨索用3支長600mm的樹脂藥卷進行錨固，其中1支雙速藥卷，2支中速藥卷，末端采用400mm的12#槽鋼作為托盤.斷面上布置3根錨索，頂錨索布置在巷道頂板中部，幫錨索布置在離巷道底板1250mm處，鉆孔仰角20°。錨索間距2100mm，即3排錨桿1排錨索。(5)澆筑巷道底板混凝土及噴射混凝土參數。為保證巷道底板的穩定，同時保證注漿時不從巷道底板漏漿，在巷道底板澆筑厚250～300mm的混凝土。為封閉圍巖和保證注漿壓力，對圍巖噴射混凝土，初噴厚度20～30mm，復噴厚度80～100mm。

5 卸壓支護技術原理

假定在均質圍巖內開挖空間為圓形。

在徑向應力作用下，經過一定的時間△T后，巷道圍巖徑向蠕進距離為t，則圍巖蠕進速度V與徑向應力梯度成正比.即

式中 σ1——距巷道中心 處圍巖徑向應力；

σ2——巷道周界上圍巖徑向應力；

K——圍巖蠕進系數。

由(3.1)式可知，圍巖的蠕進速度與徑向應力梯度△ σ1／△r成正比，為了降低圍巖徑向應力梯度，只能提高支護的承載能力，從而提高巷道周邊圍巖徑向應力 σ2，當巷道周邊圍巖徑向應力增加到與深部圍巖應力相等時，即 σ1-σ2=0，則 V=0，可以有效地防止圍巖變形。然而，單純提高支護強度是不經濟的。反之，允許圍巖適量蠕進，解除或緩解圍巖應力將有重要意義。如果支護壁后受切應力σ2擠壓破壞的巖石擠入支護空間后，壁后則成為破碎巖體，高應力區會向圍巖深度轉移，應力差一定時對應間距r-r0增大，對降低圍巖蠕進速度是有益的。

蠕進系數K是描述圍巖物理機械特性的參數。由(3.1)式知，當K=0，則V=0，表示圍巖屬于剛性。極穩定，不需支護。圍巖蠕進，緩慢流動性能愈強，則K值愈大。

值的大小對圍巖蠕進速度有重要影響。

6 卸壓式支護結構的技術參數

根據上述原理，提出并采用U型鋼金屬網背板壁后充填的卸壓支護方式(圖6.1)。

卸壓式支架選用25號U型鋼可縮性三桿拱形支架，用6號鋼筋焊成孔目為150mm×150mm或100mm×100mm，長度1.2m，寬0.9m的金屬網背板。適當增加掘鑿斷面，使U型鋼支架與圍巖保持300～400mm間隙，并用編織袋包裝的粒度小于105mm的碎石充填，使支架與圍巖通過充填介質相接。采取上述方法，支架、背板上的應力集中現象便于檢查和消除。

7 卸壓、讓壓支護技術原理

(1)卸壓技術原理。卸壓技術就是采取松動爆破、水力割縫、打卸壓孔措施使圍巖受到多種形式的壓力卸載，即將作用于巷道周圍的集中載荷轉移到離巷道較遠的支承區，降低巷道圍巖應力，從而減少對支護的破壞。(2)讓壓技術原理。超高強讓壓錨桿施工后讓壓管有一個讓壓過程，釋放圍巖初期變形壓力，隨即進行及時可靠支護，防止圍巖繼續破壞，維護巷道穩定。（如圖4.1）

8 結語

實施“超高強讓壓錨桿+錨網+M型鋼帶梁+錨索+卸壓孔”聯合支護技術后， 形成的聯合支護結構能夠滿足深埋高應力碎裂圍巖返修巷道的支護和穩定要求。可以充分發揮錨桿、錨索、聯合支護的優點，充分利用了超高強讓壓錨桿、錨索的長度、韌性、剛度等屬性互相補充、互相強化，剛柔并濟，形成了高強度、高彈性的穩定承載體，能夠解決松軟超高地應力巷道的強度低，擴容變形量大，擴容應力大，穩定性差等支護難題，對國內外的巷道支護都有一定的指導意義。

[1]候朝炯,郭勵生,勾攀峰.《煤巷錨桿支護》.徐州：中國礦業大學出版社,2002.

[2]竇林名,陸菜平.《煤礦圍巖控制與監測》.徐州：中國礦業大學出版社,2007.

[3]袁和生.《煤礦巷道錨桿支護技術》.北京：煤炭工業出版社,1997.

[4]林在康.《巷道斷面圖冊》,2003年.