軟巖礦區(qū)支護方式和效果評估分析

楊中星

摘 要：文章通過對山東某礦區(qū)巷道的變形機理和支護方式的研究，加強了技術(shù)管理和工程質(zhì)量管理，根據(jù)不同地方的地質(zhì)特點，因地制宜，對這軟巖工程采取了相應的綜合治理措施，不論是對巷道的維護還是水平的延伸，都起到了十分重要的作用。“三軟”礦井巷道的研究成果解決了礦井支護安全的一系列問題，同時也為企業(yè)節(jié)省了很多資金，還為全國其他地區(qū)提供了相應的工程實踐經(jīng)驗，為礦井的安全生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展做出了貢獻。

關鍵詞：軟巖礦區(qū)；支護方式；巷道治理；效果評價

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）26-0175-01

山東某礦區(qū)是典型的軟巖礦區(qū)在過去的支護過程中，有些支護方式適合上一水平的支護，但是到了下一水平支護方式就變得不適用了。本文對軟巖礦區(qū)額支護方式進行了分析，并就效果進行相關評價。

1 支護存在的主要問題

1.1 支護設計理論不當

之前的設計理論都是沿用傳統(tǒng)觀念上的淺部線性設計，但是當開采深度達到300 m以上時，這些理論就變得完全不適應該水平的支護了，而正確的選擇是采用非線性的變形理論設計。深部的圍巖處于三向應力狀態(tài)，應力也隨之增高，所以要選擇對應的力學研究方法制定出與之適應的支護方法。在材料的選用上也極為重要，不能完全是剛性的支護結(jié)構(gòu)，因為巷道變形大，這些材料必須具備較大的變形性能，而且與圍巖間還要有耦合的作用，面對這樣的軟巖工程，發(fā)揮不同材料的長處，將其耦合，才可以達到預期效果。

1.2 支護技術(shù)有局限

該海域軟巖力學特性具有變形大，易破碎流變，而面對這樣的支護問題又必須采用非線性軟巖大變形的方法，這是很困難的。在支護設計和實施現(xiàn)場，過程的相關性是要考慮的一個重要因素，各種不同方法同時上馬，就不能達到耦合的作用。

2 巷道支護方式

2.1 錨、網(wǎng)、噴支護

這種支護常采用直徑為16 mm，長度為2 240 mm的金屬圓鋼麻花錨桿，用樹脂進行端頭錨固，托盤采用鑄鋼，錨桿在巖面按照600×600 mm的菱形布置，鋼筋網(wǎng)采用冷拔電焊鋼筋，直徑為4 mm，網(wǎng)格是100×100mm的正方形網(wǎng)格，噴厚為110 mm，噴射材料為200號混凝土。

2.2 錨、網(wǎng)、粱、噴聯(lián)合支護

這種支護方式適合于頂板壓力較大、初始變形劇烈、側(cè)壓力小的地方，在錨網(wǎng)支護后，噴射混凝土，在巷道頂板布置錨粱。一般采用3～3.8 m的U型鋼，有的也采用11號工字鋼，3 m長曲率半徑為2.4～3.4 m，每根錨粱可以用4組8根金屬錨桿進行固定，錨粱的間距通常為0.7～1.0 m。

2.3 錨網(wǎng)噴與混凝土澆注聯(lián)合支護

這種支護屬于全斷面封閉支護，它適用于圍巖穩(wěn)定性較差的巷道的交叉點，當變形壓力得到釋放后，再用混凝土澆注，施工距離保持在25～45 m的范圍內(nèi)。它具有許多優(yōu)勢，比如支護強度大，控制圍巖變形的效果也不錯。

2.4 煤巷注漿加固支護

這是一種配合其他支護的主動支護，它通過對圍巖進行注漿加固，是巷道自承能力大幅度提高，因為在許多沿煤巷掘進的巷道，受采動或者構(gòu)造的影響，巷幫破碎失穩(wěn)，其具體方法是用滯后迎頭打注漿錨桿進行注漿，滯后的距離大約保持在30 m左右，鉆孔間距按1.2 m×1.2 m來布置?？咨疃缺３衷?.4～1.6 m，注漿泵的壓力保持在5 MPa左右，它適用于原生裂隙發(fā)育而塑性變形后又產(chǎn)生次生裂隙的巷道。

2.5 料石砌碹噴漿支護

這種支護也是一種封閉式支護，原材料為料石和砂漿，把這些原材料做成一個圓形的支護體，在這個支護體周圍布置木磚，還要在碹體外噴射3～6 mm的混凝土。它的優(yōu)勢在于可以廣泛運用于開拓和穩(wěn)定性一般的巷道中。

3 軟巖巷道的治理措施

3.1 在穩(wěn)定巖層中布置巷道

由礦區(qū)巷道的巖石力學特性分析得到，巖層中所含粘土礦物成分，膠結(jié)材料和時間不同，彈塑性變和流變也不同。巷道遇風，遇水泥化，如果不及時封閉巷道，當其變形超過彈性塑變的極限時，就變成流變，巷道就很不容易施工。在現(xiàn)行情況下，較穩(wěn)定的油頁巖和煤層是巷道布置的合理場所。從技術(shù)和經(jīng)濟方面考慮，將主要巷道布置在巖石中最為合理。

3.2 嚴格執(zhí)行施工工藝

井下施工的擾動必定會引起應力的重新分布，巷道和支承結(jié)構(gòu)受力有外在因素和人為因素，在爆破過程中，因為其具有相當大的震動效應，導致巖石松散破碎，而且掉落的巖石形成大小不同、凹凸不平的坑，這就造成應力集中的現(xiàn)象，加速了巖層的破碎。如果不采用爆破的形式而選用風鎬，雖然在落巖方面比較費力和困難，但這種方法幫保持巷道的穩(wěn)定。在洼里礦的馬頭門施工中可以看到，因當時采用了風鎬掘進落巖，澆灌鋼筋混凝土，保存的很完好。（下轉(zhuǎn)178頁）（上接175頁）

3.3 選擇合適的巷道斷面

在軟巖巷道中，底鼓和兩幫移近是極其常見的，所以首先做到對這兩方面的防治。底鼓可以做底拱，對于兩幫移近和兩肩出現(xiàn)的裂隙，要及時進行維修，否則會出現(xiàn)片幫冒頂?shù)默F(xiàn)象。在軟巖巷道里面所受的壓力是來自四周的，而不是某一個固定的方向，因此要選用全封閉式的支護，斷面形式通常采用有底拱的直墻半圓拱。

4 巷道綜合治理對策

巷道施工中要留有一定的卸壓空間，當巷道在承受高應力時可以向深部轉(zhuǎn)移，使二次支護受力變小。根據(jù)來壓周期以及礦壓觀測數(shù)據(jù)，明確二次支護的時間，選擇的主要巷道要避開斷層和破碎地帶。根據(jù)該礦區(qū)的地質(zhì)條件，基本可以采用錨網(wǎng)噴的支護形式，可以選用直徑為18 mm，長2 250 mm的錨桿；鋼絲網(wǎng)可以選用直徑為4 mm的冷拔，頂及兩腮雙層網(wǎng)，兩幫單層網(wǎng)；錨粱選用11號礦用工字鋼或者U25型鋼制作，弧長3 100 mm，間距600～800 mm?？梢圆捎米{加固、合理確定停采線、增強支護強度等方法來減小動壓對巷道的擾動影響。順槽間留設一定寬度的煤柱，避開支撐壓力的高峰期，巷道的供排水一定要合理，避免因巷道內(nèi)水的問題導致巷道底鼓。應根據(jù)具體的地質(zhì)條件，合理選擇相應的控制手段，修改支護方式，加強監(jiān)測監(jiān)控對支護和修復要及時。對于礦井的開拓延伸工作，要選擇合理的開拓延伸方式，不要選擇支護困難的地方。根據(jù)區(qū)域構(gòu)造，節(jié)理發(fā)育，合適的確定巷道密度，還要減少巷道密度，在該煤礦的第四號煤層的一個采區(qū)中，對于底部巷道的設計，井底車場和皮帶上山之間布置變電所，這樣使巷道密度最小。

5 結(jié) 語

根據(jù)對該礦區(qū)的具體問題的分析，筆者姑且得到一些關于巖石的變形機理和支護方式，對于巖石的變形特性有：①礦區(qū)圍巖的自穩(wěn)性差，強度低；②礦區(qū)軟巖的變形速度快；③圍巖變形時間效應長；④圍巖受構(gòu)造和施工擾動影響大。

就導致該海域軟巖巷道大變形的因素是多種多樣的，也是多種因素共同作用的結(jié)果，而并非純粹的單一因素起主導作用，在工程施工以前，必須做好地質(zhì)勘探的準備工作，海域勘探還不同于陸地勘探，如果采用鉆探，則還要在海上設立鉆井平臺。摸清地質(zhì)構(gòu)造，也要了解關于海水影響的問題。

一些關于支護方式的辦法，根據(jù)實際情況采用不同的支護方法可以達到較好的支護效果，這些支護方法包括：①錨、網(wǎng)、噴支護；②錨、網(wǎng)、粱、噴聯(lián)合支護；③錨網(wǎng)噴與混凝土澆注聯(lián)合支護；④煤巷注漿加固支護；⑤料石砌碹噴漿支護。

參考文獻：

[1] 饒小明.軟巖巷道支護方案選取以及數(shù)值模擬研究[D].長沙：中南大學， 2011.