深水平高應力大斷面硐室巷道支護技術探析

陳昭征

（山東魯中能源集團貴州魯中礦業有限責任公司，貴陽 550081）

深水平高應力大斷面硐室巷道支護技術探析

陳昭征

（山東魯中能源集團貴州魯中礦業有限責任公司，貴陽 550081）

文章結合肥城查莊煤礦工程實際案例，詳細分析了深水平高應力大斷面硐室巷道支護方式的選擇以及支護設計的方法，指出了多序次疊加耦合支護方式效果以及存在的問題，對今后相似環境條件下巷道支護具有一定的借鑒意義。

深水平；高應力；大斷面；支護

0 引言

查莊煤礦自2003年開始逐漸涉及深水平巷道施工。井田淺部原有的巷道支護方案、施工工藝及質量管理已不能滿足現場支護要求和礦井安全生產的需要。-550m水平為該礦接續水平，-550m泵房變電所為該水平供電排水主體工程，處于下組煤石炭系上統太原群地層6層煤附近，-550m泵房設計斷面28.3m2，變電所設計斷面17.28m2，巷道斷面大，巖層穩定性較差，施工難度極大。本文接下來將通過查莊煤礦工程實例對深水平高應力大斷面巷道的支護技術進行探討。

1 工程概況

肥城查莊煤礦有限公司-550m泵房變電所，是該礦開拓延伸水平——-550m水平的供電排水的主體工程之一。泵房變電所設計長度120m，設計安裝DKM 420、450水泵共7臺，排水能力達到3000m3/h，另預留3臺備用泵空間，作為應急安裝使用。-550m泵房、變電所掘進范圍內，煤層走向大致為北東向，傾向北西，傾角13°～21°，平均17°左右。-550m泵房、變電所掘進范圍內影響施工的主要地質因素是斷層。根據相鄰-550m西翼軌巷施工情況看，在泵房施工過程中有可能揭露一條落差2.0m左右斷層，會給施工和巷道支護造成一定影響。

2 巷道布置

深水平巖石在高應力作用下具有延轉化、流變、擴容等變形性質，因此-550m泵房變電所在布置方式上必須充分考慮巷道的服務對象、圍巖巖性、服務年限等問題。原則上巷道布置要注意以下兩點：

1）開拓巷道必須布置在相對穩定的巖層中，采用錨噴支護。如下組煤七層煤的粉細砂巖頂板，都比較穩定，巷道布置距煤層3～10m為宜，原則上避免沿煤層布置。

2）地質構造附近必須加強頂幫和底板支護，增強支護效果。

結合以上原則：-550m泵房、變電所為穿層巷道，選擇在6層煤上方0～5米，施工過程中預計要穿過煤6（厚度0.50～0.8m，平均0.65m）、直接底粉細砂巖互層（厚0.5m）、老底灰～淺灰色細砂巖（3.5m左右），煤6直接頂深灰色粗粉砂巖（1.5～2.5m，平均2.0m左右）；老頂二灰（厚2.0～3.5m，平均3.0m）和灰黑色粉細砂巖互層（厚5.0m左右）。-550m泵房變電所處于六層煤層位附近，沿二灰頂板在細粉砂巖互層內施工，頂板現對穩定，但底板巖石穩定性較差，煤6及其底板巖石可塑性較大，壓力大時易破碎。根據-550m西大巷實際揭露地質條件證實，泵房需通過一條落差為2.0m的跌塹斷層，會對泵房施工造成一定影響，需要加強支護。

3 支護方式選擇

歷史證明，查莊煤礦是一個大水礦井，-550m是該礦的接續水平，泵房變電所為永久性工程，關系到礦井的整體命運。因此，在工程設計上必須結合查莊煤礦深部工程實際施工經驗，選取合理的支護理論和支護方案。

根據《查莊煤礦目前深部巷道支護狀況表》可以看出，普通錨噴巷道支護返修率為37.47%，錨噴錨索耦合支護、錨噴雙層支護巷道的巷道返修率迄今為止是0%，支護效果明顯較好。在錨噴錨索耦合支護方面對于一般巷道應用較為廣泛，對于大斷面硐室成功經驗較少，因此，擬選用錨噴二次支護和鋼帶錨索補強——即多序次疊加耦合支護方式。

4 支護的設計方法

根據以上支護方案選擇，確定通過采用錨索噴多序次疊加耦合支護形成錨噴二次支護+錨索聯合支護結構，按照抗壓—讓壓相結合的原則，利用錨桿密度加長和高強度預應力錨索加固頂板及局部圍巖薄弱地帶，來增大錨桿錨固范圍內“擠壓加固梁”的厚度，從而提高支護結構的承載能力和穩定性，形成高強度、高彈性的穩定承載體。

錨桿支護巷道質量的好壞在很大程度上取決于錨桿支護設計參數的合理性。只有合理地設計錨桿支護方式和支護參數，才能保證巷道能夠滿足安全生產、穩定可靠、合理經濟的要求。

5 支護效果評價與存在的問題

5.1 支護效果評價

1）-550m泵房變電所在錨噴二次支護和錨索、鋼帶的疊加支護下，各項位移量較以往錨噴支護的位移量要小的多，能夠滿足工作面安全生產的需要。

2）-550m泵房變電所符合高強度錨桿支護巷道圍巖強化強度理論、錨固平衡拱理論和錨索的補強與懸吊理論，其選擇的支護參數和附件合理可行，能有效的控制沿空巷道圍巖變形，支護效果較好。

3）-550m泵房變電所能夠使工人勞動強度降低，掘進與施工速度明顯加快，并且巷道返修率大大降低；在施工時，確保錨桿錨索預緊力和初錨力達到設計要求是疊加支護成功的關鍵。

5.2 存在問題

1）錨桿鐵托盤較小，該礦使用的鐵托盤采用規格為Φ=120mm、厚6mm圓孔鋼板、壓制而成，與巖壁接觸面積小，網片網格為100×100mm的正方形，部分不能完全覆蓋網空，出現壓偏，不利于錨桿受力。

2）通過施工單位日常對錨桿錨索預緊力、抗拔力、承載速度的檢查和錨桿錨索質量巡查可知，有少數地方由于采動影響和煤層裂隙發育，圍巖破碎松散，破壞變形比較嚴重，產生少數錨桿松動現象，托盤和金屬網不能密貼巷道壁面，因此對巷道進行定期檢查是保證錨桿支護質量必不可少的一個環節，對少數不合格的錨桿甚至失效的錨桿及時更換，以防錨桿支護巷道局部因壓力集中破壞錨噴結構。

6 結語

錨桿錨索聯合支護技術有一套科學的支護設計方法和現場監測手段，其支護效果的好壞和安全隱患具有較大的隱蔽性，并且其支護參數是隨著地質條件和生產條件的變化而不斷調整的，但是在現場實際中，往往忽視對錨桿支護效果的科學檢測，同時支護參數也不能適時進行調整，從而影響支護效果。應在查莊煤礦深部復雜條件巷道推廣應用的基礎上，擴大應用范圍，使該項技術在煤炭系統推廣，促進巷道支護技術的進一步提高。

陳昭征（1973—），男，漢族，山東泰安人。1993年畢業于泰安煤校，2011年12月畢業于山東科技大學礦業工程領域，工程碩士學位，現在山東魯中能源集團貴州魯中礦業有限責任公司任技術部部長，工程師。