陳小磊 劉志蒙 張著飛 馬健強(qiáng)

（1.神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)公司梅花井煤礦，寧夏回族自治區(qū)銀川市，751400；2.山西省煤炭規(guī)劃設(shè)計(jì)院，山西省太原市，030001）

大斷面軟巖巷道支護(hù)技術(shù)及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

陳小磊1劉志蒙2張著飛1馬健強(qiáng)1

（1.神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)公司梅花井煤礦，寧夏回族自治區(qū)銀川市，751400；2.山西省煤炭規(guī)劃設(shè)計(jì)院，山西省太原市，030001）

為解決大斷面軟巖巷道的支護(hù)難題，依據(jù)梅花井煤礦112202工作面輔助運(yùn)輸巷采礦地質(zhì)條件及巷道參數(shù)，考慮軟巖巷道圍巖變形的特殊性，在改變傳統(tǒng)混凝土碹支護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了錨網(wǎng)可縮性條帶碹聯(lián)合支護(hù)方式及施工工藝，并對試驗(yàn)段巷道進(jìn)行了礦壓觀測，分析了試驗(yàn)段巷道表面變形、頂板離層、深部位移及頂板錨桿受力情況。結(jié)果表明：錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護(hù)可以有效地控制大斷面軟巖巷道圍巖變形，為類似條件下的巷道支護(hù)提供了技術(shù)借鑒。

大斷面巷道 軟巖巷道 錨網(wǎng) 可縮性條帶碹 礦壓監(jiān)測

1 工程概況

梅花井煤礦112202工作面輔助運(yùn)輸巷圍巖條件差，巷道掘進(jìn)斷面大，含水層對頂?shù)装逵绊憞?yán)重，巷道受回采影響時維護(hù)量較大。根據(jù)該巷道采礦地質(zhì)條件及巷道參數(shù)，設(shè)計(jì)了大斷面軟巖巷道錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護(hù)方式及施工工藝，并對試驗(yàn)段巷道進(jìn)行了礦壓觀測分析。該技術(shù)遵循軟巖巷道“先讓壓后抗壓”支護(hù)原則，改變了傳統(tǒng)混凝土碹支護(hù)方式，有效地控制了巷道圍巖變形。

選取梅花井煤礦112202工作面輔助運(yùn)輸巷600 m長的一段進(jìn)行試驗(yàn)，巷道沿2-2＃煤層底板掘進(jìn)，采用直墻半圓拱形斷面，拱高2.65 m，墻高1.2 m，掘進(jìn)凈寬5.3 m，面積17.4 m2。

2-2＃煤層直接頂為細(xì)砂巖，巖石孔隙率不大，但吸水率較高，軟化系數(shù)極低，為易冒落的不穩(wěn)定巖層；直接底為細(xì)砂巖，孔隙裂隙較發(fā)育，巖石易軟化，堅(jiān)固性和抗變形能力差，為不穩(wěn)定巖層；2-1＃煤層上覆含水層是礦井主要含水層，可以經(jīng)過頂板裂隙、錨索孔滲入到2-2＃煤層頂板，使巷道圍巖吸水軟化膨脹，嚴(yán)重影響巷道的正常使用。

2 錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護(hù)技術(shù)

錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護(hù)技術(shù)采用錨網(wǎng)支護(hù)和錨網(wǎng)混凝土碹支護(hù)兩種方式，每種支護(hù)方式支護(hù)1.6 m長巷道，兩種支護(hù)方式交替進(jìn)行，在維護(hù)圍巖穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，使混凝土碹具有可縮性，更好地適應(yīng)圍巖膨脹變形，達(dá)到支護(hù)巷道的目的。

2.1 錨網(wǎng)支護(hù)段方案設(shè)計(jì)

錨網(wǎng)支護(hù)段采用錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)，頂板及幫部分別選用10根?20 mm×2500 mm和4根?20 mm×1800 mm左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，間排距均為800 mm×800 mm，聯(lián)網(wǎng)絲扣100 mm，均安裝規(guī)格為120 mm×120 mm×10 mm的鐵托盤，幫錨桿增加規(guī)格為400 mm×200 mm×50 mm的木托板。選用符合巷道斷面及錨桿孔數(shù)的波紋鋼帶，鋪設(shè)網(wǎng)格規(guī)格為50 mm×50 mm的菱形金屬網(wǎng)，如圖1、圖2所示。

2.2 條帶碹支護(hù)段方案設(shè)計(jì)

條帶碹支護(hù)段采用錨網(wǎng)與模注混凝土聯(lián)合支護(hù)，頂板及幫部分別選用9根?20 mm×2800 mm的等強(qiáng)錨桿，幫部選用4根?20 mm×2100 mm等強(qiáng)錨桿，間排距均為800 mm×800 mm；頂、幫錨桿均安裝雙鐵托盤，規(guī)格為120 mm×120 mm×10 mm，分別緊貼巷道巖面及混凝土面安裝，金屬網(wǎng)鋪設(shè)與錨網(wǎng)支護(hù)段相同。

采用掛設(shè)柔性模袋澆注混凝土的支護(hù)方式，強(qiáng)度為C25的普通混凝土與泡沫混凝土結(jié)合使用，兩者澆注厚度分別為200 mm和50 mm，泡沫混凝土澆注層緊靠巷道圍巖，如圖3所示。

圖3 條帶碹支護(hù)段支護(hù)斷面圖

2.3 可縮性條帶碹支護(hù)工藝設(shè)計(jì)

在錨網(wǎng)支護(hù)段及條帶碹支護(hù)段中，錨桿、金屬網(wǎng)、鋼帶的安裝都采用傳統(tǒng)的工藝。條帶碹支護(hù)施工工藝流程如圖4所示。

圖4 條帶碹支護(hù)施工工藝流程圖

泵注混凝土鋪底后，掛設(shè)尺寸為1600 mm×11000 mm×250 mm的柔性模袋，先掛設(shè)中間灌注口兩側(cè)的錨桿預(yù)留孔，再依次掛設(shè)其它錨桿預(yù)留孔，直至模袋全部掛設(shè)于錨桿之上；隨后安裝與巷道斷面相匹配的鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)采用?6.5 mm的圓鋼焊制，規(guī)格為1600 mm×5000 mm （長×寬），網(wǎng)格尺寸100 mm×100 mm，鋼筋網(wǎng)與巷道圍巖之間距離為250 mm。

使用KTQZHNTZB-15柔性模袋專用輕質(zhì)混凝土制備輸送機(jī)制備及輸送混凝土，混凝土從灌注口灌入模袋，采用人工敲擊的辦法振搗，先灌注普通混凝土，達(dá)到規(guī)定體積后，灌注泡沫混凝土；當(dāng)模袋接近飽滿時，須暫停5～10 min，待模袋中的水析出后，再繼續(xù)灌注，以確保頂部及邊緣填充密實(shí)。

混凝土凝固后，用膠管進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，7 d內(nèi)要保持表面濕潤。鋼筋網(wǎng)在混凝土凝固7 d后拆除，拆除時應(yīng)盡量保持鋼筋網(wǎng)的完好，以便重復(fù)利用。

3 礦壓監(jiān)測及分析

3.1 監(jiān)測內(nèi)容

本次礦壓觀測內(nèi)容主要有巷道表面變形監(jiān)測、巷道頂板離層監(jiān)測、巷道圍巖深部多點(diǎn)位移監(jiān)測和錨桿受力監(jiān)測等。在巷道試驗(yàn)段共布置6個測站，第1測站距工作面切眼50 m，各測站間距為20 m。

（1）巷道表面位移監(jiān)測。在每個測站內(nèi)設(shè)2個巷道表面位移監(jiān)測測面，測面間距為1.0 m。要求測站所設(shè)的基點(diǎn)必須牢固，觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

（2）巷道頂板離層監(jiān)測。在每個測站內(nèi)設(shè)1條巷道頂板離層監(jiān)測線，每條測線布置2個測點(diǎn)，間距為1.0 m，每個測點(diǎn)安裝1個DLY-2型頂板離層指示儀，設(shè)2個基點(diǎn)，深度分別為2 m和4 m。

（3）巷道圍巖深部多點(diǎn)位移監(jiān)測。在每個測站內(nèi)設(shè)1條巷道圍巖深部多點(diǎn)位移監(jiān)測線，每條測線布置2個測點(diǎn)，間距為1.0 m，每個測點(diǎn)安裝1個DW-4型多點(diǎn)位移計(jì)，設(shè)4個基點(diǎn)，深度分別為1 m、2 m、3 m和5 m。

（4）錨桿受力監(jiān)測。在每個測站內(nèi)設(shè)1條錨桿受力監(jiān)測線，每條測線布置2個測點(diǎn)，間距為1.0 m，每個測點(diǎn)安裝1個YBYZ-60型錨桿載荷監(jiān)測儀，分別監(jiān)測2根錨桿受力情況。

3.2 礦壓監(jiān)測結(jié)果分析

3.2.1 巷道表面變形分析

通過對6個巷道表面變形監(jiān)測測站進(jìn)行連續(xù)觀測，得出巷道掘進(jìn)期間表面變形情況，見表1。

由表1可知，掘巷期間，圍巖變形量較小，巷道頂?shù)装遄畲笠平繛?02.5 mm，兩幫最大移近量為61.8 mm，巷道穩(wěn)定后頂?shù)装寮皟蓭鸵平俣染陀?.0 mm／d，錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護(hù)有效地控制了巷道圍巖變形，保證了大斷面軟巖巷道的正常使用。

表1 掘進(jìn)期間巷道表面變形統(tǒng)計(jì)

3.2.2 巷道頂板離層分析

通過對6個巷道頂板離層監(jiān)測測站的頂板離層儀所測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出巷道掘進(jìn)期間頂板離層情況，見表2。

表2 掘進(jìn)期間巷道頂板離層統(tǒng)計(jì)

由表2可知：巷道掘進(jìn)期間，頂板離層量相對不大，一般在15～25 mm范圍內(nèi)，錨固區(qū)內(nèi)離層值大于錨固區(qū)外離層值，說明頂板離層主要發(fā)生在錨固范圍內(nèi)，錨固范圍外離層較小，錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護(hù)有效地控制了巷道頂板離層。

3.2.3 巷道圍巖深部多點(diǎn)位移分析

通過對6個巷道圍巖深部多點(diǎn)位移監(jiān)測測站的多點(diǎn)位移計(jì)所測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出巷道掘進(jìn)期間圍巖深部位移情況，見表3。

表3 掘進(jìn)期間巷道圍巖深部位移統(tǒng)計(jì)

由表3可知，巷道深部位移量遠(yuǎn)小于巷道表面位移量，隨著向巷道頂板深部的深入，位移量衰減很快，說明巷道圍巖的位移主要發(fā)生在淺部，2 m以外的圍巖位移很小，錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護(hù)有效地控制了巷道深部圍巖位移。

3.2.4 錨桿受力分析

通過對巷道頂板錨桿受力進(jìn)行監(jiān)測，得出錨桿受力分布情況，如圖5所示。

圖5 112202工作面輔助運(yùn)輸巷錨桿受力分布圖

由圖5可知：頂板錨桿受力在距掘進(jìn)工作面80 m范圍內(nèi)較小，基本在10～40 k N之間；在距掘進(jìn)工作面80 m范圍之外受力較大，一般在120 k N左右，錨桿受力已經(jīng)接近錨桿的屈服極限，說明錨桿的能力已得到充分利用，錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護(hù)方案設(shè)計(jì)合理，參數(shù)選擇正確。

4 結(jié)論

（1）依據(jù)112202工作面輔助運(yùn)輸巷采礦地質(zhì)條件及巷道參數(shù)，結(jié)合大斷面軟巖巷道圍巖特征及支護(hù)原則，設(shè)計(jì)了適合于該巷道的錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護(hù)方式，并完善了可縮性條帶碹支護(hù)工藝。

（2）錨網(wǎng)可縮性條帶碹支護(hù)巷道，在掘進(jìn)期間，圍巖變形量較小；掘進(jìn)影響穩(wěn)定后，圍巖變形速度低。

（3）根據(jù)礦壓監(jiān)測結(jié)果可知，錨桿可縮性條帶碹支護(hù)技術(shù)可以有效地控制大斷面軟巖巷道的圍巖變形，為類似條件下的巷道支護(hù)，提供了一種可行的技術(shù)參考。

［1］曲宏民，戴鐵丁 .豫西膨脹軟巖巷道病害機(jī)理及支護(hù)技術(shù)研究 ［J］.徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版），2009 （2）

［2］欒振輝，高勤寬 .適用于軟巖巷道支護(hù)的橢圓形U型鋼可縮性支架 ［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2005（4）［3］齊干，李占金，唐強(qiáng)達(dá)等 .深部大斷面軟巖巷道變形力學(xué)機(jī)制及耦合支護(hù)設(shè)計(jì) ［J］.采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2009（4）

［4］何滿潮，胡永光，郭志飚等 .大斷面軟巖巷道耦合支護(hù)技術(shù)研究 ［J］.礦山壓力與頂板管理，2005（4）

［5］婁培杰，謝文兵，荊升國 .大斷面煤巷高強(qiáng)錨網(wǎng)索支護(hù)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究 ［J］.中國煤炭，2011（6）

On support technology and strata behavior law in large section soft rock roadway

Chen Xiaolei1，Liu Zhimeng2，Zhang Zhufei1，Ma Jianqiang1
（1.Meihuajing Coal Mine，Shenhua Ningxia Coal Industry Group，Yinchuan，Ningxia 751400，China；
2.Shanxi Coal Planning and Designing Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

In order to solve the support problem in large section soft rock roadway，this paper designs the combining supporting mode of"anchor net and yielded strip arch"and the construction process based on changing the traditional concrete arch for the specialty of surrounding rock deformation in soft rock roadway according to the geological conditions and parameters of the auxiliary transport roadway of the 112202 working face in Meihuajing Coal Mine.It also conducts the strata control observation in test section of the roadway and then analyzes the surface deformation，roof delamination，deep-seated displacement and stress state of the roof bolt there.The result shows that the supporting mode of"anchor net and yielded strip arch"can effectively control the surrounding rock deformation in large section soft rock roadway，which provides technical reference for roadways in the similar conditions.

large section roadway，soft rock roadway，anchor net，yielded strip arch，strata control observation

TD353

A

陳小磊 （1986-），男，助理工程師，2007年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)采礦工程專業(yè)，現(xiàn)任神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)梅花井煤礦綜采一隊(duì)副隊(duì)長。

（責(zé)任編輯 張毅玲）