第一篇：B090402 高應(yīng)力松碎圍巖巷道返修支護(hù)技術(shù)實(shí)踐

高應(yīng)力松碎圍巖巷道返修支護(hù)技術(shù)實(shí)踐

高 波 高占鋒

[山東泰豐礦業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 新泰 271204]

摘 要 王家寨煤礦3403運(yùn)輸巷在上層煤柱的應(yīng)力和工作面的采動(dòng)影響下，出現(xiàn)了高應(yīng)力和巷道大變形的問(wèn)題。針對(duì)巷道的支護(hù)情況和變形特征，采取錨網(wǎng)索的支護(hù)方式，分段整修、靈活處理的施工措施，使復(fù)雜地質(zhì)條件下的巷道返修取得了成功，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益良好。

關(guān)鍵詞 高應(yīng)力 返修 巷道破壞

---------概 述

由于井田受蓮花山大斷層（落差大于2000m）和井田大斷層的影響，井田內(nèi)次生構(gòu)造極其發(fā)育。礦井生產(chǎn)進(jìn)入-510m水平后由于圍巖壓力大和受采動(dòng)影響，大部分巷道破壞嚴(yán)重，直接影響到礦井的安全生產(chǎn)。

3402工作面回采過(guò)程中，將其軌道巷進(jìn)行沿空留巷作為3403工作面的運(yùn)輸巷。由于受上層區(qū)段保護(hù)煤柱（距離巷道頂板27m）以及3402工作面采動(dòng)的影響，3403運(yùn)輸巷頂、幫受壓變形嚴(yán)重，巷道頂板出現(xiàn)裂縫、網(wǎng)兜和大面積沉降現(xiàn)象，導(dǎo)致巷道無(wú)法滿足通風(fēng)、行人和運(yùn)輸?shù)男枰?，影響了礦井的安全生產(chǎn)。在接續(xù)緊張的情況下，3403運(yùn)輸巷的返修支護(hù)問(wèn)題成為泰豐礦急需解決的技術(shù)難題。巷道的受力情況及返修支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 原巷道斷面特征

3402軌道巷（3403運(yùn)輸巷）于2006年完成掘進(jìn)，巷道為矩形斷面，設(shè)計(jì)寬度為2.8m，高度為2.3m。巷道原始支護(hù)為錨桿支護(hù)，局部巷道變形處采取了架設(shè)鋼棚的方式進(jìn)行了加強(qiáng)支護(hù)。

2.2 巷道的圍巖特征與受力情況

巷道頂板為復(fù)合頂板，主要以粉砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖為主，夾多層煤線、頁(yè)巖，裂隙發(fā)育，節(jié)理多。粉砂巖抗壓強(qiáng)度為33.1～64.5MPa，中砂巖60～114.9MPa，平均79.6MPa，底板遇水膨脹現(xiàn)象明顯。

將所分析巷道假設(shè)為一個(gè)六面體模型，如圖1所示。

圖1 三維數(shù)值分析模型圖

利用ANASY劃分網(wǎng)格建立模型，然后將模型導(dǎo)入FLAC中進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)半平面體在邊界上受垂直集中應(yīng)力公式，計(jì)算出上層煤柱對(duì)巷道的應(yīng)力。通過(guò)積分得到半平面體在邊界上受均布載荷時(shí)任意一點(diǎn)應(yīng)力增量計(jì)算公式，具體公式如下：

q?y?by?ax(y?b)x(y?a)? ?x???arctan?arctan?2?22??xxx?(y?b)x?(y?a)2?? ?y???arctan?arctan?2?222???xxx?(y?b)x?(y?a)?q?y?by?ax(y?b)x(y?a)??q?x2x2 ?xy???2???x?(y?b)2x2?(y?a)2??經(jīng)計(jì)算巷道的壓力在13MPa～21MPa，因而導(dǎo)致巷道錨盤(pán)撕裂、錨桿拉斷不等。

2.3 巷道的變形破壞特征

巷道原支護(hù)采用直徑18mm、長(zhǎng)2000mm的樹(shù)脂螺紋錨桿，間排距為800×800（mm）。錨桿出現(xiàn)拉斷、錨盤(pán)撕裂、部分工字鋼棚出現(xiàn)扭曲或擠彎的現(xiàn)象。巷道頂板出現(xiàn)臺(tái)階式下沉，兩幫變形嚴(yán)重（如圖2所示），局部出現(xiàn)200～600mm的冒空破碎區(qū)，且底臌現(xiàn)象比較嚴(yán)重，原巷道高度2.1m，變形后巷道高度不足1.0m（如圖3所示）。在修復(fù)期間對(duì)巷道設(shè)點(diǎn)觀測(cè)得到其頂?shù)装宓囊平俣葹?1.3～13 mm/d，變形速率如圖4所示。

圖2 巷道兩幫內(nèi)擠照片

圖3 巷道底臌照片

圖4 頂?shù)装遄冃嗡俣惹€圖 2.4 返修支護(hù)設(shè)計(jì) 2.4.1 返修支護(hù)原則

（1）護(hù)頂先護(hù)幫

巷道修復(fù)中，人們往往進(jìn)入重頂輕幫的誤區(qū)。為取得更好的支護(hù)效果，應(yīng)該是頂幫同樣重視。由于巷道使用時(shí)間長(zhǎng)，巷道破壞嚴(yán)重，為確保施工安全，采取液壓支柱托方木的方式先對(duì)頂板進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。在臨時(shí)支護(hù)的掩護(hù)下，進(jìn)行刷幫、安設(shè)幫錨桿。當(dāng)幫部得到有效的維護(hù)后，頂部進(jìn)入了隱形拱的部位，共同形成穩(wěn)定的承載體，巷道支護(hù)才能有保障。

（2）分區(qū)支護(hù)，整體控制

對(duì)于返修支護(hù)，應(yīng)當(dāng)盡量減少?lài)鷰r的擾動(dòng)。按照“小進(jìn)尺、多觀察、小擾動(dòng)、勤支護(hù)”原則施工。在施工過(guò)程中需要多觀察，具體問(wèn)題具體分析，不斷總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)。2.4.2 返修支護(hù)方案

根據(jù)不同地段巷道的破壞情況，采取不同的修復(fù)措施?；拘迯?fù)方案為摘除頂板破碎圍巖、刷幫、進(jìn)行臥底，安設(shè)錨桿、安設(shè)錨索、掛網(wǎng)。

（1）錨桿

頂板使用直徑22mm、長(zhǎng)2200mm的螺紋鋼錨桿，用2卷MSCK3040型超快凝樹(shù)脂錨固劑卷加長(zhǎng)錨固，錨桿間排距為600×700（mm）。錨桿外露長(zhǎng)度不大于50mm，但不得少于兩絲。

兩幫使用直徑18mm、長(zhǎng)2000mm的螺紋鋼錨桿，用2卷MSCK3040超快凝樹(shù)脂錨固劑卷加長(zhǎng)錨固，錨桿間排距為700×700（mm）。錨桿外露長(zhǎng)度不大于50mm，但不得少于兩絲。

（2）錨索

錨索為高強(qiáng)度、低松馳粘結(jié)式1×7鋼絞線，長(zhǎng)為9～10m，每根錨索用4卷樹(shù)脂錨固劑（孔底2卷為MSCK2335型超快凝錨固劑，緊接2卷為MSZ2335型中凝錨固劑）加長(zhǎng)錨固，錨索間距為2m，五花布置。錨索間距誤差不大于300mm，外露長(zhǎng)度不大于150mm。

（3）錨網(wǎng)

錨網(wǎng)采用網(wǎng)孔為70×70（mm）的菱形金屬網(wǎng)，錨網(wǎng)用錨帶壓緊。錨帶用直徑8mm的鋼筋焊接成梯子狀，長(zhǎng)度為3.0m。以頂、幫錨桿為交叉點(diǎn)，呈“井”字形使用。牢固整齊，貼緊頂幫，搭接嚴(yán)密，逢扣必聯(lián)。支護(hù)效果

3403工作面回采已接近尾聲，巷道修復(fù)使用已過(guò)半年，巷道頂、底板移近量在小于300mm，巷道變形速度控制在0.3mm/d以下，巷道變形得到了有效的控制。經(jīng)濟(jì)效益

此巷道支護(hù)效果良好，安全效益顯著，同時(shí)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

第一作者簡(jiǎn)介 高波 男，1974年出生，畢業(yè)于山東科技大學(xué)，工學(xué)學(xué)士，現(xiàn)在山東泰豐礦業(yè)集團(tuán)有限公司從事技術(shù)工作，采礦工程師。

（收稿日期：2009-09-05；責(zé)任編輯：陳桂娥）

第二篇：B090406 讓壓支護(hù)技術(shù)在大采深、高地應(yīng)力巷道的應(yīng)用

讓壓支護(hù)技術(shù)在大采深、高地應(yīng)力巷道的應(yīng)用

李偉民1 李德元1 高維宇1 許鳳國(guó)2

[1-阜新礦業(yè)集團(tuán)公司清河門(mén)煤礦,遼寧 阜新 123006；2-阜新礦業(yè)集團(tuán)公司，遼寧 阜新 123000]

摘 要 針對(duì)礦井大斷面、大采深、高地應(yīng)力、服務(wù)年限長(zhǎng)的巷道掘進(jìn)支護(hù)現(xiàn)狀及圍巖特點(diǎn)，提出采用高強(qiáng)讓壓錨桿、金屬網(wǎng)、W型鋼帶+錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)控制大斷面、大采深、高地應(yīng)力巷道圍巖持續(xù)變形的方法，并在我礦巷道掘進(jìn)實(shí)際施工中進(jìn)行支護(hù)實(shí)踐應(yīng)用，取得較好效果。

關(guān)鍵詞 大采深 高地應(yīng)力巷道 高強(qiáng)讓壓錨桿 聯(lián)合支護(hù)

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前 言

阜新礦業(yè)（集團(tuán)）公司清河門(mén)煤礦是一座開(kāi)采40多年的老礦井，現(xiàn)在礦井的生產(chǎn)格局是“兩區(qū)兩面”，由于礦井的多年開(kāi)采，現(xiàn)已開(kāi)采三水平-800m高左右。343采區(qū)是清河門(mén)煤礦的現(xiàn)生產(chǎn)采區(qū)，開(kāi)采三水平四煤組的煤炭，開(kāi)采深度在-520～-820m之間，本組內(nèi)多煤層可采，層間距較薄。在這種大采深、高地應(yīng)力的情況下進(jìn)行大斷面掘進(jìn)施工，巷道的支護(hù)極其困難。343采區(qū)北翼集中材料道是運(yùn)輸、行人兼通風(fēng)的主要巷道，設(shè)計(jì)全長(zhǎng)920m，施工標(biāo)

2高在-789m左右，巷道凈斷面14.4m，服務(wù)年限為5年。巷道原采用錨、網(wǎng)、梯+錨索聯(lián)合支護(hù)，掘進(jìn)施工一段時(shí)間后，巷道變形嚴(yán)重，巷道的維護(hù)與翻修工程量較大，整個(gè)巷道范圍內(nèi)錨桿、錨索受力比較明顯，部分錨桿的螺母崩脫，金屬網(wǎng)形成許多網(wǎng)兜，容易造成冒頂事故。鑒于此種現(xiàn)狀，為了提高巷道的掘進(jìn)速度，降低支護(hù)成本，保證生產(chǎn)使用的安全，進(jìn)行了高強(qiáng)讓壓錨桿支護(hù)技術(shù)實(shí)驗(yàn)。存在的問(wèn)題

煤礦錨桿支護(hù)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但目前的錨桿、錨索種類(lèi)單一，難以適應(yīng)不同地質(zhì)采礦條件變化的需要。隨著煤礦開(kāi)采深度的不斷加大，巷道圍巖變形量大，自穩(wěn)能力差，巷道變形現(xiàn)象會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，這對(duì)錨桿、錨索支護(hù)設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，巷道支護(hù)問(wèn)題在煤礦的安全生產(chǎn)中就顯得更加突出。合理的支護(hù)形式及參數(shù)設(shè)計(jì)既能有效控制圍巖的變形，又可以降低支護(hù)成本。巷道地質(zhì)條件各不相同，同樣的材料支護(hù)效果也各不一樣。在深部開(kāi)采掘進(jìn)過(guò)程中，要面臨很多影響巷道支護(hù)的問(wèn)題，如：隨著采深的增加，壓力增大多少、巷道變形范圍如何及變形量多少、巷道周邊的主應(yīng)力方向如何、應(yīng)力隨采深增大的梯度是多少，這些問(wèn)題直接影響煤礦的綜合效益及安全生產(chǎn)。也有的礦井仍沿用淺部的支護(hù)方法和管理經(jīng)驗(yàn)，從而造成支護(hù)失效，常出現(xiàn)大量的折梁斷腿、錨桿失效、反復(fù)維修、冒頂塌方等現(xiàn)象，耗費(fèi)了大量的人力、物力、財(cái)力，仍不能保證安全生產(chǎn)。

造成這些不安全因素的原因主要是對(duì)大采深、高地應(yīng)力的巷道支護(hù)沒(méi)有采取有針對(duì)性的支護(hù)方式和手段，難以提出合理有效的深部地壓控制措施和配套的巷道支護(hù)方法。因此，深部開(kāi)采首先應(yīng)解決的是巷道施工中的“安全、高效、經(jīng)濟(jì)、快速”支護(hù)問(wèn)題。支護(hù)原則

要解決上述支護(hù)現(xiàn)狀存在的問(wèn)題，就要有一個(gè)相對(duì)于大斷面、大采深、高地應(yīng)力巷道支護(hù)的支護(hù)原則。采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)讓壓錨桿提高支護(hù)結(jié)構(gòu)共同承載載荷是一個(gè)很好的解決方法。在支護(hù)與圍巖的相互關(guān)系上，高強(qiáng)讓壓錨桿支護(hù)有3個(gè)突出特點(diǎn)：

① 符合圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同承載的基本支護(hù)思想；

② 及時(shí)主動(dòng)支護(hù)，即在巖體開(kāi)掘早期進(jìn)行讓壓錨桿安裝，安裝后即對(duì)圍巖提供顯著的軸向和橫向的支護(hù)阻力，避免巖體松動(dòng)和塑性松動(dòng)圈的增大；

③ 屬于柔性支護(hù)，選擇合理的支護(hù)剛度，使支護(hù)完成后，仍能與巖體一起產(chǎn)生少量的位移，釋放部分能量，既保持巖體受力平衡，又保持支護(hù)結(jié)構(gòu)不失穩(wěn)。

新型高強(qiáng)讓壓錨桿是在此基礎(chǔ)上采用了一種合理有效的讓壓方式，在錨桿承受載荷接近過(guò)載時(shí)象安全閥一樣起到讓壓作用，從而保護(hù)錨桿桿體不被破壞。采用高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿可以加大錨桿的間排距，減少錨桿的用量，提高掘進(jìn)速度，降低掘進(jìn)成本，同時(shí)可以保證良好的支護(hù)性能。

343區(qū)北翼集中材料道屬于大斷面、大采深、高地應(yīng)力易變形巷道，并且使用年限較長(zhǎng)。對(duì)于這種類(lèi)型的巷道，錨桿支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須滿足: ① 合理的錨桿安裝應(yīng)力。錨桿的安裝應(yīng)力是控制圍巖早期變形的重要參數(shù)，安裝應(yīng)力過(guò)小會(huì)使圍巖發(fā)生過(guò)大的早期變形，松散破碎圈增大，引起頂板破碎，錨桿受力增加。一個(gè)合理的錨桿安裝應(yīng)力如同液壓支架的初撐力一樣重要。

② 高支護(hù)強(qiáng)度。在大采深、高地應(yīng)力、中厚煤層大斷面掘進(jìn)的條件下，支護(hù)強(qiáng)度必須提高。

③ 錨桿須具有讓壓性能。為了防止錨桿承受過(guò)度載荷而破斷，錨桿必須有一定的變形讓壓性能。然而，這種變形讓壓必須是有“控制”的讓壓，通過(guò)有效“控制”的讓壓使巷道內(nèi)的聯(lián)合支護(hù)系統(tǒng)成為一個(gè)整體，從而改變整體支護(hù)效果。合理的讓壓性能應(yīng)該做到錨桿在一定噸位上穩(wěn)定讓壓，以保證巷道支護(hù)效果，防止錨桿桿體發(fā)生突然破斷。

④ 提高輔助支護(hù)系統(tǒng)強(qiáng)度。一個(gè)完整的支護(hù)系統(tǒng)包括高強(qiáng)讓壓錨桿、金屬網(wǎng)、W型鋼帶+錨索進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，使煤層頂板形成一個(gè)整體的層狀組合梁，來(lái)達(dá)到提高整體支護(hù)強(qiáng)度的效果。

深部巷道基本支護(hù)原則與理念就是要形成高安裝載荷、高整體支護(hù)強(qiáng)度、錨桿變形可靠讓壓的最佳層狀組合梁。巷道支護(hù)實(shí)踐

3.1 高強(qiáng)度讓壓錨桿支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

煤礦頂板是由不同層狀巖體組合成的層狀組合梁，為了使組合梁達(dá)到其最佳強(qiáng)度，應(yīng)該設(shè)計(jì)合適的錨桿長(zhǎng)度及錨桿系統(tǒng)的安裝應(yīng)力。達(dá)到最佳組合梁的錨桿系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列條件：

① 通過(guò)調(diào)整安裝應(yīng)力，使錨桿支護(hù)系統(tǒng)應(yīng)能夠控制錨固范圍內(nèi)的頂板離層，這需要選擇合理的錨桿類(lèi)型和安裝應(yīng)力；

② 錨固系統(tǒng)應(yīng)能夠減少或消除頂板的拉應(yīng)力區(qū)； ③ 錨桿應(yīng)能夠錨固在穩(wěn)定的巖層中；

④ 錨固系統(tǒng)應(yīng)有足夠的能力來(lái)控制頂板，并且在整個(gè)需要支護(hù)期間內(nèi)不失效。根據(jù)支護(hù)理論和支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)數(shù)值分析，確定如下支護(hù)方案：（1）錨桿支護(hù)參數(shù)

采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力可變形讓壓均壓高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿支護(hù)，錨桿屈服強(qiáng)度為500MPa。頂板錨桿直徑20mm、長(zhǎng)2400mm，間排距為1000×800（mm），用2卷CK2350型樹(shù)脂錨固劑卷錨固；兩幫錨桿直徑18mm、長(zhǎng)2000mm，間排距為900×800（mm），兩幫用2卷Z2350型樹(shù)脂錨固劑卷錨固。

（2）錨桿預(yù)應(yīng)力 根據(jù)有限元分析，提高安裝應(yīng)力可以減小或消除頂板中的拉應(yīng)力區(qū)，可以消除頂板巖層的離層，從而取得最佳層狀組合梁的效果，頂板錨桿安裝應(yīng)力最小為40kN，兩幫錨桿的安裝應(yīng)力不小于30kN，根據(jù)不同情況調(diào)整預(yù)應(yīng)力。

（3）輔助支護(hù)系統(tǒng)

輔助支護(hù)系統(tǒng)包括鳥(niǎo)巢錨索、W型鋼帶和金屬網(wǎng)。根據(jù)地質(zhì)條件變化、煤層采動(dòng)影響及圍巖松動(dòng)圈的影響范圍等因素，選用直徑17.8mm、長(zhǎng)8300mm的鳥(niǎo)巢錨索，用2卷CK2350型樹(shù)脂錨固劑卷錨固，托盤(pán)為200×200×10（mm）的球形錨索托盤(pán)；W型鋼帶使用型號(hào)為BHW270-2.75，長(zhǎng)度為4300mm，通過(guò)W形狀及高強(qiáng)材料來(lái)提高鋼帶的鋼性，通過(guò)錨桿聯(lián)結(jié)成為一個(gè)整體；菱形金屬網(wǎng)可有效防止漏矸、漏頂，而且其自身強(qiáng)度還可以控制兩幫變形，并可以與讓壓錨索、讓壓錨桿、W型鋼帶形成一個(gè)整體，使支護(hù)系統(tǒng)形成整體。3.2 巷道支護(hù)施工方案

按照作業(yè)規(guī)程規(guī)定先進(jìn)行敲幫問(wèn)頂、打炮孔眼、爆破。爆破完畢，立即安設(shè)頂板錨桿；幫錨桿滯后工作面不大于5m，頂、幫破碎時(shí)，幫錨桿跟至工作面。要保證錨桿達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)緊力和錨固力的要求，錨桿安設(shè)角度需符合設(shè)計(jì)要求。巷道支護(hù)如圖1所示。

圖1 巷道支護(hù)斷面圖 支護(hù)效果

清河門(mén)煤礦343采區(qū)北翼集中材料道采用高強(qiáng)讓壓均壓錨桿支護(hù)，通過(guò)監(jiān)控巷道所受掘進(jìn)和采煤工作面的地壓影響，掌握圍巖的變形規(guī)律，以確定巷道的支護(hù)效果，以便及時(shí)采取措施保證礦井安全生產(chǎn)。礦壓監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括：巷道煤巖體表面位移監(jiān)測(cè)、頂板離層監(jiān)測(cè)、錨桿受力狀態(tài)監(jiān)測(cè)、錨桿安裝應(yīng)力監(jiān)測(cè)與錨固力監(jiān)測(cè)。高強(qiáng)讓壓錨桿支護(hù)方式與原有支護(hù)方式效果相比，巷道的變形量大大減小，整個(gè)巷道范圍內(nèi)受力均勻，沒(méi)有出現(xiàn)網(wǎng)兜現(xiàn)象。采用高強(qiáng)讓壓錨桿、金屬網(wǎng)、W型鋼帶+錨索進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，減少巷道的維護(hù)與翻修工程量，提高巷道的掘進(jìn)速度，降低支護(hù)成本。結(jié) 論

① 高強(qiáng)讓壓錨桿、金屬網(wǎng)、W型鋼帶+錨索聯(lián)合支護(hù)的支護(hù)質(zhì)量和支護(hù)強(qiáng)度均達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。在施工過(guò)程中及現(xiàn)在的使用時(shí)間內(nèi)，巷道變形量明顯減小，支護(hù)效果明顯。

② 采用高強(qiáng)讓壓錨桿+鳥(niǎo)巢錨索+W型鋼帶+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)的支護(hù)成本每米巷道比原支護(hù)方式節(jié)約128.89元，同時(shí)減少了維修、翻修的人力、物力、財(cái)力。

③ 高強(qiáng)讓壓錨桿、金屬網(wǎng)、W型鋼帶+錨索聯(lián)合支護(hù)可以有效控制圍巖變形，在經(jīng)濟(jì)合理的條件下提高支護(hù)強(qiáng)度、支護(hù)表面質(zhì)量和支護(hù)效果，提高了掘進(jìn)速度，保證了生產(chǎn)安全。

④ 高強(qiáng)讓壓錨桿、金屬網(wǎng)、W型鋼帶+錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)不但可以減少支護(hù)施工量、降低支護(hù)成本，而且可以防止原支護(hù)方式導(dǎo)致的穩(wěn)定巷道“二次變形”現(xiàn)象，具有較高的推廣價(jià)值。

第一作者簡(jiǎn)介 李偉民 男，1970年出生，1993年7月畢業(yè)于阜新礦業(yè)學(xué)院采礦專(zhuān)業(yè)，工學(xué)學(xué)士。現(xiàn)任阜新礦業(yè)（集團(tuán)）公司清河門(mén)煤礦礦長(zhǎng)，高級(jí)工程師。

（收稿日期：06-30；責(zé)任編輯：黃 翔）

第三篇：B080309 深部復(fù)雜條件高應(yīng)力水倉(cāng)支護(hù)技術(shù)研究與實(shí)踐

深部高應(yīng)力復(fù)雜條件下水倉(cāng)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

黃 磊

【平頂山市瑞平煤電有限公司，河南平頂山467500】

摘 要平煤集團(tuán)瑞平公司張村礦井底水倉(cāng)埋深605m，在高應(yīng)力作用和構(gòu)造帶的影響下，原混凝土砌碹支護(hù)不能滿足要求，巷道建成后，維修十分困難。經(jīng)過(guò)對(duì)圍巖性質(zhì)的研究，決定采用錨、網(wǎng)、噴+U25型鋼可縮支架+混凝土碹聯(lián)合作為永久支護(hù)的施工方案，實(shí)踐表明，該方案達(dá)到了較好效果，為類(lèi)似巷道的施工提供了成功經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 水倉(cāng) 高應(yīng)力 錨、網(wǎng)、噴 可縮支架 砌碹 聯(lián)合支護(hù)

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引 言

瑞平公司張村礦位于朝川礦區(qū)中南部，井田走向長(zhǎng)度約4.5km，傾斜寬約2.7km，主要開(kāi)采二1煤層、四3煤層、五2煤層、五3煤層，礦井正常涌水量1021m/h，最大涌水量1488m/h。

張村礦原礦井全部采用混凝土砌碹作為永久巷道支護(hù)方式。自2003年恢復(fù)建設(shè)后，經(jīng)過(guò)論證，基本上取消了砌碹支護(hù)。早期采用直徑43mm、長(zhǎng)1800mm的管縫式錨桿，在控制破碎帶時(shí)，用直徑43mm、長(zhǎng)2200～2500mm的管縫式錨桿。自2004年開(kāi)始，采用直徑20mm、長(zhǎng)2000～2200mm的等強(qiáng)螺紋鋼錨桿和玻璃鋼錨桿。采用樹(shù)脂錨固劑錨固。從開(kāi)拓巷道到回采巷道、從巖巷到煤巷，凡是條件具備的巷道均采用錨、網(wǎng)、噴或錨、網(wǎng)、梁（帶）支護(hù)。目前正在推廣錨、網(wǎng)、梁（帶）+錨索的聯(lián)合支護(hù)。

井底主排泵房及水倉(cāng)原設(shè)計(jì)支護(hù)方式采用素混凝土砌碹支護(hù),澆筑壁厚250mm。在施工中，由于高地應(yīng)力及構(gòu)造帶的影響，出現(xiàn)巷道底臌、片幫、冒頂?shù)葐?wèn)題，經(jīng)過(guò)研究，將支護(hù)形式改為錨、網(wǎng)、噴作為前期支護(hù)，采用U25型鋼可縮支架與混凝土砌碹聯(lián)合支護(hù)作為永久支護(hù)。該支護(hù)方法經(jīng)過(guò)實(shí)踐取得了成功，節(jié)約了投資并縮短了礦井建設(shè)周期。

331 問(wèn)題及分析

張村礦內(nèi)外主排泵房及水倉(cāng)設(shè)計(jì)在四3煤層底板中，距四3煤層約30～60m，為-250m水平（埋深605m）。水倉(cāng)長(zhǎng)度1006m，容水量9296m3，水倉(cāng)設(shè)計(jì)斷面凈高3000mm（其中拱高1700mm，墻高1300mm）；巷道凈寬3400mm；掘進(jìn)斷面面積11.09m,凈斷面面積9m。

水倉(cāng)圍巖為灰色灰?guī)r（厚層狀、隱品質(zhì)結(jié)構(gòu)、裂隙發(fā)育）與灰黑色泥巖（泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、厚層狀、細(xì)膩致密）。在施工-250水平井底車(chē)場(chǎng)單軌巷和泵房時(shí)，揭露出一條逆斷層，該斷層走向不少于1100m，傾角40°落差0～25m，預(yù)計(jì)水倉(cāng)要穿過(guò)該斷層。

在水倉(cāng)施工中，起先按照原設(shè)計(jì)進(jìn)行混凝土砌碹施工，接近斷層時(shí)，由于巷道圍巖破碎，局部圍巖為大紫泥巖，加上斷層裂隙的影響，巷道壓力顯著增大，先期施工的30m巷道受其影響，短期內(nèi)發(fā)生了底臌、片幫、冒頂?shù)痊F(xiàn)象。實(shí)踐證明原方案不能滿足工程實(shí)際需要。支護(hù)方案優(yōu)化

針對(duì)水倉(cāng)工程實(shí)際，提出了五種可能實(shí)施的支護(hù)方案：（1）方案一，混凝土砌碹支護(hù)

該巷道圍巖巖石堅(jiān)固性系數(shù)f值為3～6，高應(yīng)力、節(jié)理化、強(qiáng)膨脹斜穿斷層構(gòu)造帶，需采用強(qiáng)力剛性支護(hù)，混凝土砌碹厚度需大于500mm，為增加整體性和均布應(yīng)力，提高支護(hù)能力，需要在混凝土內(nèi)部增加雙層直徑16鋼筋龍骨。

（2）方案二，錨、噴、網(wǎng)支護(hù)

采用直徑20mm、長(zhǎng)2000mm的等強(qiáng)錨桿，間排距300×300（mm）；金屬網(wǎng)用直徑4mm的冷拔鋼絲制成，網(wǎng)格為100×100（mm），規(guī)格為900×3300（mm）；噴射混凝土厚度大于150mm。由于水倉(cāng)巷道處在高應(yīng)力、強(qiáng)膨脹、復(fù)合型軟巖中，錨、網(wǎng)、噴支護(hù)剛開(kāi)始還能起到效果，但隨著圍巖應(yīng)力增加，當(dāng)圍巖應(yīng)力超過(guò)了錨桿抗拉拔力極限值時(shí)，造成支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，出現(xiàn)底臌、片幫、裂隙、掉頂?shù)葐?wèn)題，從而出現(xiàn)安全隱患，增大維修量，影響施工進(jìn)度，支護(hù)成本也隨之增加。

（3）方案三，U型鋼可縮性支架支護(hù)

根據(jù)工程實(shí)際，可采用U25型鋼支架，間距200mm。如單獨(dú)使用，鋼材易腐蝕，不能滿足水倉(cāng)使用功能，需與其它支護(hù)方式聯(lián)合使用。

（4）方案四，錨、噴、網(wǎng)+混凝土砌碹聯(lián)合支護(hù)

采用直徑20mm、長(zhǎng)2000mm的等強(qiáng)錨桿，間排距700×700（mm）；金屬網(wǎng)用直徑4mm的冷拔鋼絲制成，網(wǎng)格為100×100（mm），規(guī)格為900×3300（mm）；噴射混凝土厚度大于80mm。錨、網(wǎng)、噴支護(hù)作為前期支護(hù)，混凝土砌碹作為永久支護(hù)，砌碹厚度為400mm。

（5）方案五，錨、網(wǎng)、噴+U型鋼可縮性支架+澆筑混凝土聯(lián)合支護(hù)

采用直徑20mm、長(zhǎng)2000mm的等強(qiáng)錨桿，間排距700×700（mm）；金屬網(wǎng)用直徑4mm的冷拔鋼絲制成，網(wǎng)格為100×100（mm），規(guī)格為900×3300（mm）；噴射混凝土厚度大于50mm。永久支護(hù)采用U25型鋼可縮性支架，間距700mm，再澆筑厚150mm的混凝土。

上述方案中，前三種都不能滿足工程需要，在工程施工完一段時(shí)間后，巷道會(huì)產(chǎn)生較大變形，嚴(yán)重影響巷道的使用，有的甚至?xí)a(chǎn)生大面積破壞，這將大大提高維修費(fèi)用。第四種方案屬于剛性支護(hù)，如果圍巖壓力較大時(shí)，混凝土厚度也將相應(yīng)增加，經(jīng)濟(jì)性較差。當(dāng)混凝土厚度小于250mm時(shí)，施工完20天后，混凝土開(kāi)始出現(xiàn)裂縫，巷道發(fā)生變形、掉塊現(xiàn)象，并局部產(chǎn)生破壞。

第五種方案是一種柔性支護(hù)，錨、網(wǎng)、噴支護(hù)，錨桿打入巖體中，噴射混凝土固結(jié)于巖體表面，組成一個(gè)整體，積極主動(dòng)加固圍巖，充分利用巖體固有強(qiáng)度，前期對(duì)圍巖進(jìn)行了封閉，這樣就大大減少了巖體變形及破碎。由于巖體的高應(yīng)力和強(qiáng)膨脹性，在錨、網(wǎng)、噴施工完后，圍巖還會(huì)發(fā)生一定的變形，以釋放壓力。過(guò)了壓力釋放前期，再安設(shè)U25型鋼可縮性支架，再次對(duì)巖體進(jìn)行支護(hù)，這時(shí)如果巖體再次來(lái)壓，由于U型鋼的可縮性，還可產(chǎn)生一定變形，釋放一定的壓力。最后澆筑混凝土，將支護(hù)轉(zhuǎn)化為剛性支護(hù)，這時(shí)可以較小的支撐力支承較大的圍巖應(yīng)力，支護(hù)能力達(dá)到最大，可有效保持巷道斷面形狀，滿中使用要求。

根據(jù)以上方案比較，選擇第五種方案作為水倉(cāng)的支護(hù)形式，為減小前期巷道變形，提高前期支護(hù)強(qiáng)度，加大循環(huán)作業(yè)距離，提高施工速度，噴射混凝土厚度改為80mm，U25型鋼支架采用3750mm寬定型支架，澆筑混凝土成巷后巷道凈斷面寬度保證在3600mm以上。前期支護(hù)方式如圖1所示，U25型鋼可縮支架支護(hù)方式如圖2所示。

圖1 水倉(cāng)錨、網(wǎng)、噴支護(hù)斷面示意圖

圖2 水倉(cāng)U25鋼可伸縮支架支護(hù)斷面示意圖 施工方法

水倉(cāng)巷道采用二次支護(hù)，第一次支護(hù)采用錨、網(wǎng)、噴支護(hù)，掘進(jìn)巷道成型后立即進(jìn)行，錨桿采用直徑20mm、長(zhǎng)2000mm的等強(qiáng)錨桿，用2卷樹(shù)脂錨固劑卷錨固，間排距為700×700（mm）；金屬網(wǎng)為直徑4mm的冷拔絲，網(wǎng)格100×100（mm），噴射混凝土厚度為50mm，混凝土中速凝劑摻量為3%。

第二次支護(hù)在第一次錨網(wǎng)噴支護(hù)完成5天后進(jìn)行，架設(shè)三組合的U25型鋼支架，棚距700mm，棚腿棚梁間用兩道U25卡蘭聯(lián)接，梁腿搭接長(zhǎng)度400mm，支架間用金屬拉桿連接，柱窩深度為250mm。U型鋼支架施工完20天后進(jìn)行澆筑混凝土，厚度150mm，這時(shí)壓力基本趨于穩(wěn)定，巷道變形停止。支護(hù)效果

錨、網(wǎng)、噴支護(hù)完成后，觀測(cè)結(jié)果表明，巷道最大變形110mm；在U25型鋼可縮性支架支護(hù)完成后巷道變形最大40mm。對(duì)U25型鋼可縮性支架復(fù)噴30天后觀測(cè)，巷道變形最大10mm，且變形趨于穩(wěn)定，滿足支護(hù)要求。

水倉(cāng)蓄水后，對(duì)水倉(cāng)巷道進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測(cè)，未發(fā)現(xiàn)有變形和掉碴現(xiàn)象。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，錨、網(wǎng)、噴+U25型鋼可縮性支架+澆筑混凝土聯(lián)合支護(hù)在水倉(cāng)工程中的應(yīng)用取得成功，此項(xiàng)研究也為軟巖支護(hù)及深部高應(yīng)力復(fù)雜條件下巷道支護(hù)技術(shù)提供了成功案例。

作者簡(jiǎn)介 黃 磊 男，工程師，1973年出生，1997年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦建專(zhuān)業(yè)，在讀碩士研究生?，F(xiàn)任平頂山市瑞平煤電有限公司張村礦生產(chǎn)科科長(zhǎng)，從事煤礦安全技術(shù)生產(chǎn)工作，注冊(cè)安全工程師。

（收稿日期：2008-06-04；責(zé)任編輯：王方榮）