董昌偉，孟祥閣

(1.安徽臥龍湖煤礦有限責任公司， 安徽淮北市 235157;2.中國礦業(yè)大學礦業(yè)工程學院， 江蘇徐州市 221008)

高應(yīng)力軟巖巷道的加固技術(shù)

董昌偉1，孟祥閣2

(1.安徽臥龍湖煤礦有限責任公司， 安徽淮北市 235157;2.中國礦業(yè)大學礦業(yè)工程學院， 江蘇徐州市 221008)

臥龍湖煤礦－480南翼回風巷道圍巖以泥巖為主，此類泥質(zhì)巖體不僅強度偏低，而且對應(yīng)力擾動和環(huán)境變化非常敏感。針對臥龍湖煤礦此類巷道的變形和破壞原因，設(shè)計出－480南翼回風巷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定型加固支護方案。采用新加固方案后，巷道圍巖得到了有效控制。

高應(yīng)力軟巖巷道;錨網(wǎng)支護;預應(yīng)力錨索;鋼筋梯子梁

臥龍湖煤礦設(shè)計年產(chǎn)量90萬t，井田位于徐宿弧形構(gòu)造的西緣、豐渦斷裂的東側(cè)和趙莊背斜的北翼。井田南部表現(xiàn)為北東傾向的單斜構(gòu)造;北部表現(xiàn)為短軸狀的張大莊背斜和孟莊向斜組成的褶曲構(gòu)造。臥龍湖煤礦由于煤層埋藏深，礦井地質(zhì)條件復雜，地壓較大，巷道圍巖呈現(xiàn)出高應(yīng)力軟巖的特點。結(jié)合該礦的地質(zhì)條件，設(shè)計了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定型加固方案，并取得較好的支護效果。

1 巷道地質(zhì)條件

如圖1所示，－480南翼回風巷位于H35～H39測點之間。由圖1可見，該段巷道圍巖賦存較為穩(wěn)定，巷道拱部圍巖為泥巖，中部為厚度1.1 m的砂質(zhì)泥巖，底部為泥巖。

圖1－480南翼回風巷地質(zhì)素描

根據(jù)南翼回風巷道圍巖以泥巖為主，此類泥質(zhì)巖體不僅強度偏低，而且對應(yīng)力擾動和環(huán)境變化非常敏感。盡管目前該段巷道不受周邊工作面采動影響，但后期1011工作面開采對－480南翼回風巷的采動影響較大。

2 巷道失穩(wěn)破壞原因分析

結(jié)合臥龍湖煤礦南一采區(qū)實際地質(zhì)條件，通過分析，認為其錨網(wǎng)支護方案存在以下主要問題。

(1)錨網(wǎng)支護整體強度偏低。南一采區(qū)開拓巷道支護選用Φ20×2000 mm的高強螺紋鋼錨桿和鋼絲網(wǎng)，一次支護并未配合使用鋼筋梯子梁或整體鋼帶。因此，錨網(wǎng)支護承載能力整體偏低。

(2)錨網(wǎng)支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差。錨網(wǎng)支護實質(zhì)是在巷道圍巖淺部形成具有一定承載能力的穩(wěn)定承載結(jié)構(gòu)，從而控制巷道圍巖的強烈變形［1］。理論分析結(jié)果表明，在結(jié)構(gòu)承載能力方面頂部拱結(jié)構(gòu)遠高于兩幫梁結(jié)構(gòu)，而其實際承載過程中頂部拱結(jié)構(gòu)的承載能力受兩幫梁結(jié)構(gòu)的制約，一旦兩幫梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，頂部拱結(jié)構(gòu)的承載能力隨之急劇下降［2，3］。

(3)底板未采取支護措施。在高應(yīng)力軟巖巷道中，強烈底臌是主要的變形特征之一［4］，臥龍湖煤礦南翼開拓巷道底臌嚴重，局部地段巷道頂?shù)装逡平扛哌_1.0 m以上，不得不多次進行臥底。一方面造成巷道圍巖松動圈發(fā)育范圍進一步擴大;另一方面臥底進一步降低了巷道支護承載結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性［5］。

3 －480南翼回風巷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定型加固方案

作為礦井南一采區(qū)通風的咽喉通道，－480南翼回風巷服務(wù)年限較長，巷道使用斷面要求高，針對南翼回風巷圍巖體強度較低，后期還將經(jīng)受臨近1011工作面采動影響的情況，從提高巷道支護強度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和合理降低支護成本角度出發(fā)，提出了－480南翼回風巷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定型支護方案。

－480南翼回風巷要求擴巷后毛斷面尺寸為4.3 m×3.75 m，按要求擴巷后，采用高強錨網(wǎng)支護，并對錨網(wǎng)支護承載結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)補償。

(1)錨網(wǎng)支護的錨桿選用Φ22×3000 mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為800 mm×800 mm，兩幫底角錨桿向下扎角15°，輔助控制巷道底臌，錨桿預緊力矩應(yīng)不小于300 N.m。具體錨網(wǎng)支護參數(shù)如圖2所示。

圖2 錨網(wǎng)支護斷面

(2)采用電阻焊技術(shù)加工的自連網(wǎng)，焊接過程中對鋼筋強度損失小，焊點強度高，而且金屬網(wǎng)搭接部位連接牢靠。并且沿巷道徑向布置鋼筋梯子梁，進一步提高護表效果和發(fā)揮錨網(wǎng)支護中錨桿的整體支護效果。

(3)為提高錨網(wǎng)支護承載結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，采用小孔徑高強預應(yīng)力錨索實施結(jié)構(gòu)補償，如圖3所示，補償斷面A和斷面B交替布置。結(jié)構(gòu)補償錨索規(guī)格為Φ17.8×6500 mm，錨索排距1.6 m。結(jié)構(gòu)補償錨索具體布置方式見圖3、圖4。

圖3 結(jié)構(gòu)補償錨索布置

圖4 支護方案側(cè)視

(4)錨桿托盤采用150 mm×150 mm×10 mm鼓形托盤，錨索托盤采用18#槽鋼加工。

為進一步優(yōu)化支護設(shè)計參數(shù)，施工過后即對巷道進行了礦壓監(jiān)測。采用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定型加固方案后，－480南翼回風巷支護狀況有了明顯改善，巷道加固半年后，兩幫最大移進量22 mm，頂板最大下沉量11 mm，底板最大底臌量31 mm。

4 結(jié)論

(1)支護方案要結(jié)合高應(yīng)力軟巖巷道自身的采礦、地質(zhì)條件，在詳細分析巷道失穩(wěn)破壞機理后才可進行設(shè)計。

(2)對于高應(yīng)力軟巖巷道，單純采用某一種支護方式，往往不能有效控制巷道的強烈變形。

(3)采用高預應(yīng)力錨索對錨網(wǎng)支護基本結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)補償，提高高應(yīng)力軟巖巷道圍巖整體的承載性能，充分發(fā)揮錨桿、錨索及護表構(gòu)件的優(yōu)勢，最終實現(xiàn)了巷道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

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2011－03－18)

董昌偉(1962－)，男，高級工程師，從事礦業(yè)工程的研究。