回采巷道預應力護幫變形控制技術探究

王憲來

摘 要：本文基于筆者兗州煤業股份有限公司東灘煤礦多年工作經驗，我理論結合實際的工作前提下展開相關研究。為回采巷道預應力護幫變形控制技術的發展提供建設性意見。

關鍵詞：回采巷道;預應力;控制;技術

1 工程概況

東灘煤礦，1989年12月正式建成投產。這是我國自行設計、自行建設的特大型現代礦井，設計生產能力400萬噸/年、核定生產能力750萬噸/年。井田處于兗州、曲阜、鄒城三市交界處，交通發達，鐵路、公路、水路和海運條件非常便利，歷史文化資源和經濟發展環境得天獨厚。礦井埋藏深，實測-660米水平以下;總儲量84897.1萬噸，可采儲量37661.6萬噸;主采煤層為三層煤，平均厚度8.41米，屬低瓦斯礦井。煤質穩定，具有低灰、低硫、低磷、高發熱量、高揮發分、高灰熔點的特點，是優質的動力煤和煉焦配煤。

63上06綜采工作面設計總工程量3530m（表1）。

合計 設計總工程量3530m。

63上06綜采工作面需要錨桿支護設計的煤巷有軌道順槽、運輸順槽、開切眼（含擴面），其中運輸順槽及開切眼為實體巷道，軌道順槽與63上05采空區留設最小煤柱4m。根據63上06綜采工作面圍巖地質條件和服務要求及以往3煤層巷道在掘進期間的錨桿支護經驗，并參考其礦壓觀測資料，采用工程類比法，對本面錨桿支護參數設計如下：

軌道順槽斷面形狀為直墻斜頂梯形，其斷面尺寸凈寬×凈高（中）為5.2×3.7m，頂板使用5m長的M5型鋼帶與1.0m的M5鋼帶搭接施工，配7根φ22×2400mm錨桿，錨桿間排距920×900mm（700×900mm）;高幫采用兩根1900mm長的Ω錨索梁壓茬施工，配2根φ22×2400mm錨桿和3根φ22×4300mm錨索，錨桿（索）間排距為850×900mm;低幫采用2.5mΩ錨索梁;配2根φ22×2400mm錨桿和2根φ22×4300mm錨索，錨桿（索）間排距為700×900mm;

運輸順槽為實體巷道，其斷面尺寸凈寬×凈高（中）為5.2×3.7m，頂板使用5.0m M5鋼帶，采用6根φ22×2400mm錨桿，錨桿間排距950×900mm;高幫采用兩根1900mm長的M3鋼帶壓茬施工，采用5根φ20×2000mm錨桿，錨桿間排距為850×900mm;低幫采用2.5m M3鋼帶，采用4根φ20×2000mm錨桿，錨桿間排距為700×900mm;

2 變形控制機理分析

回采巷道根據運用領域的不同與研究方面的差異，其定義也有著不同的含義。當前最具典型的定義有針對工程領域提出的工程軟巖概念，即為工程外力作用下軟巖能在一定限度內進行塑形變形。根據其變形規模與特性可以將其分割為有軟弱性、可塑性、膨脹性、崩解性、流變性以及工程擾動性等。而在實際運用領域，可以根據當前工程實際經驗進行低強度軟巖、膨脹性軟巖、破碎軟巖、高應力軟巖的典型性四大類劃分。其中低強度軟巖抗壓、抗剪等強度特性最弱，工程實踐中常遇到由軟弱煤層、砂質泥巖、泥巖等層段。顆粒膠結程度極低。完整性差，工程穿越時需格外注意。另外膨脹性軟巖因為其礦物含量變化與輔助結合性的不同，在黏土水合物作用下產生不定形變作用力。在巖石孔隙和裂紋中進行收斂和支撐。產生不可逆轉的完整性破壞。破碎軟巖與高應力軟巖在基巖性質上往往物性較好，力學性質顯著。其工程上可以進行技術處理和規避，需要注意的有在地質構造劇烈區應注意斷層破碎帶、采空區等不良因素的影響。同時開采到了深部以后，會出現軟巖大變形、強流變等突然性事件。

基于以上回采巷道類型分析敘述，在地層復雜構造應力與巖石物性特征影響宏觀、微觀考量范圍下回采巷道的破壞特性復雜而多變。在此筆者進行簡化性經驗分享，將圍巖變形特征進行四個方面的總結性概況：1、圍巖來壓快，變形速率高。圍巖挖掘因為工程進度要求與現場工藝標準必須短時間進行揭露，但因為巖石特性其變形時間更短。如若支護工序正在進行或者還沒來得及支護就發展劇烈形變其后果不可想象;2、巷道出現大規模變形，且持續時間長。如若遇到流變性巖體在巖石綜合受擾情況復雜前提下，巖石變形難收斂導致后續嚴重工程問題;3、不同情況下軟巖典型膨脹特征，會導致工作面的底鼓變形;4、脆性巖石對水、風、壓力、震動等外界因素反應敏感性導致是一些工藝不可使用或者使用失效。

3 控制對策及支護技術分析

根據現場工作實際需要，現提出回采巷道圍巖控制對策如下：1、優化巷道穿越位置，運用軟巖地層不同力學物性，在避免高應力區等不穩定性地層前提下進行有效的拱形、馬蹄

形斷面支撐，并考慮到變形空間問題;2、通過錨桿支護和注漿加固等常規手段進行高圍巖的整體強度的實質性加固;3、根據圍巖物性進行水、風等不良作用對圍巖軟化而導致破壞的控制性工序;4、通過現代工程建模進行科學精細的結構化支護設計，并按照工時和材料配給保證短時間內的巷道支護一次完成。

隨著工藝的進步與設備的長足發展。在工程探索和基礎研究的幫助下傳統的錨桿支護、注漿加固、可縮性金屬支架、鋼筋混凝土圈體四種基礎支護技術在運用廣泛性與現場質量上都得到顯著提升，而在幾種支護形式的聯合使用上更是改善了現場施工形式。概況來講當前主流的回采巷道修復支護技術有：1、高預應力錨固與注漿聯合加固技術;2、橫阻大變形錨桿和錨索軟巖支護技術;3、錨噴與混凝土整體圈復合支護系統。

相比以前施工對于含有膨脹性礦物的回采巷道在使用橫阻大變形錨桿和錨索戶可以有效控制達1000mm以內的大規模變形，而高預應力錨固與注漿聯合加固能漿將裂隙充填，將松散、破碎軟巖粘結成完善性較強的整體結構，增加圍巖的可錨性。全面提升施工質量。

4 結語

綜上所述，隨著科技的進步與人類的發展除了深部高地應力巷道、軟巖大變形巷道、沖擊地壓巷道是煤礦難支護巷道的幾種類型，國內外相關學者正向著新型材料解決巖石力學機理方面進行研究。而當前的錨桿支護應該是困難巷道支護的主體，高強度、高剛度、大延伸率、耐沖擊是其基本發展方向。我國現階段對難支護巷道的研究還不夠系統深入，需要在搞清機理的前提下，針對不同類型的難支護巷道研發適合的系列支護材料，并配以適當的施工工藝和裝備，逐步形成系統的成套技術。

參考文獻

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