武少國

摘 要：煤礦深部開采面臨高地壓和強(qiáng)烈的開采擾動影響。深部礦井重力引起的垂直應(yīng)力明顯增大，構(gòu)造應(yīng)力場復(fù)雜，地應(yīng)力高。在高應(yīng)力作用下，開采擾動影響強(qiáng)烈，圍巖破壞嚴(yán)重。對巷道支護(hù)而言，巷道壓力大，圍巖變形顯著、破壞嚴(yán)重。現(xiàn)對葫蘆素礦2-1煤東翼輔助運(yùn)輸大巷進(jìn)行支護(hù)初始設(shè)計。2-1煤東翼輔助運(yùn)輸大巷支護(hù)設(shè)計內(nèi)容包括地質(zhì)力學(xué)測試與評估，支護(hù)形式和參數(shù)設(shè)計，支護(hù)材料選擇等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)力學(xué)測試與評估；支護(hù)形式和參數(shù)設(shè)計；支護(hù)材料

1 概述

葫蘆素礦煤層埋藏深度較深，礦井一盤區(qū)2-1煤層底板標(biāo)高在662.9～692.9m之間，埋深在630～660m左右。深部開采面臨高地壓和強(qiáng)烈的開采擾動影響。深部礦井重力引起的垂直應(yīng)力明顯增大，構(gòu)造應(yīng)力場復(fù)雜，地應(yīng)力高。在高應(yīng)力作用下，開采擾動影響強(qiáng)烈，圍巖破壞嚴(yán)重。對巷道支護(hù)而言，巷道壓力大，圍巖變形顯著、破壞嚴(yán)重。

現(xiàn)對葫蘆素礦2-1煤東翼輔助運(yùn)輸大巷進(jìn)行支護(hù)初始設(shè)計。2-1煤東翼輔助運(yùn)輸大巷支護(hù)設(shè)計內(nèi)容包括地質(zhì)力學(xué)測試與評估，支護(hù)形式和參數(shù)設(shè)計，支護(hù)材料選擇，井下施工工藝和安全措施，礦壓監(jiān)測設(shè)計等內(nèi)容。該支護(hù)方案實施于井下后，應(yīng)對巷道進(jìn)行礦壓監(jiān)測，以驗證或修改初始支護(hù)設(shè)計，確保巷道安全。

2 巷道地質(zhì)條件

2.1 巷道概況

2-1煤東翼輔助運(yùn)輸大巷位于2-1煤東翼輔助運(yùn)輸斜巷結(jié)束處，以90°方位角向東布置。2-1煤東翼輔助運(yùn)輸大巷為半圓拱形直墻巷道，巷道硬化鋪底厚度為250mm。

2.2 煤層及頂?shù)装迩闆r

根據(jù)2-1煤東翼回風(fēng)大巷實際揭露情況，2-1煤東翼輔助運(yùn)輸大巷為半煤巖巷，煤層平均厚度為3.0m，該煤層結(jié)構(gòu)簡單，黑色，條帶狀結(jié)構(gòu)，以暗煤為主，含絲炭，參差狀斷口，暗淡型；煤層頂板以砂質(zhì)泥巖為主，深灰色，平行層理，平坦?fàn)顢嗫冢S富植物化石，半堅硬；底板為中粒砂巖，巖性為灰白色，以石英為主，長石次之，泥質(zhì)膠結(jié)。

2.3 巖層物理力學(xué)參數(shù)

葫蘆素井田主要可采煤層的頂?shù)装鍘r石主要為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，次為中細(xì)粒砂巖。根據(jù)本次勘探施工的H11、H13、H28、H29、HK22、HK46號鉆孔巖石物理、力學(xué)性試驗成果：巖石吸水狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度5.6～49.1MPa，平均25.0MPa；自然狀態(tài)13.8～72.3MPa，平均42.6MPa；普氏系數(shù)1.40～7.37，平均4.35；抗拉強(qiáng)度0.26～3.69MPa；軟化系數(shù)0.17～0.96。內(nèi)摩擦角17°40′～38°40′；凝聚力4.3～20.0MPa。巖石的抗剪強(qiáng)度2.70～41.86MPa。

試驗結(jié)果顯示，巖石的抗壓強(qiáng)度不高，多在40～80MPa之間，抗剪與抗拉強(qiáng)度則更低，砂質(zhì)泥巖類吸水狀態(tài)抗壓強(qiáng)度明顯降低，多數(shù)巖石遇水后軟化變形，個別砂質(zhì)泥巖遇水崩解破壞，巖石的軟化系數(shù)多數(shù)小于0.75，多數(shù)為軟化巖石。個別鈣質(zhì)填隙的砂巖抗壓強(qiáng)度稍高些。因此，井田內(nèi)煤層頂?shù)装鍘r石以軟弱～半堅硬巖石為主。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造狀況

根據(jù)2-1煤東翼回風(fēng)大巷實際揭露情況，及相關(guān)地質(zhì)探測報告顯示，2-1煤無較大起伏。通過區(qū)內(nèi)施工和周邊施工的110個鉆孔揭露資料，本區(qū)構(gòu)造形態(tài)為一向西北傾斜的單斜構(gòu)造，地層傾角小于2°。區(qū)內(nèi)斷層不發(fā)育，亦無巖漿巖傾入，井田地質(zhì)構(gòu)造簡單。

3 2-1煤東翼輔助運(yùn)輸大巷支護(hù)參數(shù)及形式

3.1 設(shè)計原則

（1）支護(hù)設(shè)計確保支護(hù)安全，避免巷道服務(wù)期間進(jìn)行大面積維修。（2）支護(hù)參數(shù)和支護(hù)材料規(guī)格具有較好的適應(yīng)性和施工可行性，由于井下巷道圍巖條件變化很大，從支護(hù)合理性考慮，可能出現(xiàn)多種支護(hù)參數(shù)和支護(hù)材料規(guī)格，但這將不利于巷道施工和管理。因此，盡可能采用統(tǒng)一的支護(hù)參數(shù)和材料規(guī)格。（3）支護(hù)設(shè)計要在保證支護(hù)質(zhì)量的同時，有利于提高巷道掘進(jìn)速度。（4）在滿足前三項原則的前提下，做到經(jīng)濟(jì)合理。

3.2 支護(hù)參數(shù)及形式

葫蘆素礦2-1煤層頂板分別為厚度6.67米的粉砂巖，厚度4.16米的砂質(zhì)泥巖和厚度13.35米的粉砂巖，巖層致密，完整性好取芯率均在94%左右。因此，建議2-1東翼輔助運(yùn)輸大巷正常段采用矩形巷道。按照設(shè)計單位提供的斷面，巷道掘進(jìn)斷面寬度5.8米，高度4.25米，采用“錨網(wǎng)噴”聯(lián)合支護(hù)。

本支護(hù)設(shè)計針對2-1煤東翼輔助運(yùn)輸大巷正常地質(zhì)條件下的支護(hù)設(shè)計。對于掘進(jìn)過程中遇到的特殊巷道段需根據(jù)現(xiàn)場條件，對巷道斷面形狀和支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

初步確定葫蘆素礦2-1煤東翼輔助運(yùn)輸大巷初始設(shè)計參數(shù)如下：

考慮到此大巷服務(wù)年限比較長，以及對整個礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的重要性，要求大巷在采用“錨網(wǎng)噴”初始支護(hù)后，對巷道表面進(jìn)行噴射混凝土。巷道表面進(jìn)行噴射混凝土一方面隊巷道圍巖表面起到了一定輔助支護(hù)作用，另一方面保證巷道在使用過程中避免外界環(huán)境的侵?jǐn)_，防止巷道圍巖風(fēng)化，保證巷道使用過程中的安全?；炷羾妼拥膹?qiáng)度、厚度以及施工工藝參照相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。

3.3 支護(hù)材料

葫蘆素礦2-1煤東翼輔助運(yùn)輸大巷初始支護(hù)設(shè)計，所需支護(hù)材料如表所示。

表 葫蘆素礦2-1煤東翼輔助運(yùn)輸大巷錨桿支護(hù)材料清單（排距1.0m）