深井破碎巷道支護技術研究

張永舉 謝小平 楊漢林 陶德敏

摘 要：針對煤礦深井下破碎巷道圍巖控制問題，經理論分析深井下破碎巷道圍巖變形的規律以及圍巖變形的破壞機理，把西翼軌道運輸大巷作為研究對象，并結合UDEC數值模擬結果，對巷道圍巖錨桿支護提出對策及可行支護方案，及確定對應巷道的支護參數，為有相似條件的煤礦巷道支護提供一定的技術參考。

關鍵詞：破碎巷道;錨桿支護;圍巖控制;深井

1 工程概況

采區煤層的總體為一近水平單斜形態，總體趨勢是西北較高，東南稍低，傾角一般為3°～5°。試驗巷道位于四采區的1煤層，地面標高為+1050m，煤層標高為+815m。煤層賦存情況比較穩定，但其結構復雜，含1～3層夾矸。煤層埋深235m左右，厚度3～4m，頂板依次為泥巖與砂巖，底板依次為泥巖與白云質巖。煤層頂底板綜合柱狀圖，如圖1所示。

2 破碎圍巖附近巷道支護設

2.1 原支護方案失效原因分析

理論上U29型鋼可縮性支架具有高阻可縮、護表能力強的優點，但當前大量使用的直腿半圓拱形支架結構穩定性較差，破壞多發在其連接處，在巷道實際支護中往往其支護作用不能得到充分發揮，支架便已產生屈服破壞。加之巷道圍巖松散破碎，在對巷道進行翻修后，仍無法改變其破碎圍巖的實質，因此巷道難以保證長久穩定。

2.1.1 ?U29型鋼支架失效原因分析

從現場觀測情況可知，U29型鋼可縮性支架失效的原因主要是：

（1）連接件的強度不夠，多處發現螺栓拉斷或螺母滑絲等現象，頂梁與棚腿之間出現張嘴現象，導致頂梁和棚腿發生相對滑移，引起支架的結構失穩，失去了支撐能力。

（2）架間拉桿強度不夠，在U29型鋼可縮性支架發生變形時，拉桿出現變形、破壞，未能將多個支架連接成一個整體。

（3）由于U29型鋼可縮性支架和巷道壁之間存在較大的縫隙，導致其受力集中現象明顯，承載能力大大減弱，支架局部變形現象嚴重，進而導致了支架的整體失穩，這是引起U29型鋼可縮性支架破壞失穩的主要原因。

（4）金屬網的強度不夠，在圍巖發生變形時，多處出現破斷，巖塊掉落現象嚴重，大大降低了其護表能力。

2.1.2 原支護方案失效原因分析

（1）錨桿失效原因

錨桿錨固失效的原因主要是有以下幾種：錨固劑破裂失效、錨桿和錨固劑的粘結面破裂失效、錨固劑和巷道圍巖粘結面的破裂失效、錨桿被拉斷等。錨桿的錨固劑一般不會失效。但當巷道圍巖處于較破碎狀態，圍巖整體性較差，單個錨桿支護后形成的有效錨固范圍半徑變得很小，圍巖局部表面未形成擠壓圈或圍巖變形很大而產生貫通裂隙，致使錨桿無法加固其理論范圍內的圍巖，圍巖仍然處于松散的狀態，現場發現多根錨桿掉出，無法起到應有的錨固圍巖作用。隨著時間的增加，最終引起巷道整體失穩。這便是該煤礦西翼軌道大巷錨桿失效的主要原因。錨桿失效示意圖如圖2所示。

（2）混凝土噴層失效原因

由于巷道收斂情況嚴重，而混凝土噴層由于其剛度較大，不能適應大的變形，導致其發生破斷、冒落等現象，不僅影響了施工的安全，而且將巷道圍巖重新裸露在空氣中，加速了泥巖的風化、泥化。

2.2 破碎巷道支護設計

根據礦區的地質條件、巷道的斷面尺寸、施工的現有條件及生產技術條件，綜合上述分析，初略確定頂錨桿采用Φ20×2200mm左旋螺紋鋼的錨桿，間排距為650×750mm;幫錨桿采用Φ18×2000mm的圓鋼錨桿，間排距為700×750mm;幫網及頂網采用菱形的金屬網。托盤采用120mm×120mm×8mm和150mm×150mm×5mm的鐵托盤。若巷道出現底臌現象時還應在幫底補打錨桿。參數可根據現場情況作適當的修正。巷道斷面與錨桿的初步設計布置如圖3所示。

參考文獻：

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作者簡介：

張永舉（1996-），男，漢族，貴州六盤水市人，在讀本科學生，主要從事采礦工程專業方面的學習和研究。

謝小平，貴州六盤水市鐘山區明湖路六盤水師范學院

基金項目：貴州省大學生創新創業訓練計劃項目