蘇育蛟

(山西晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河煤礦二號(hào)井，山西 晉城 048019)

0 引言

巷道軟巖支護(hù)是目前的一大難題，文中參考國(guó)內(nèi)外專家提出的礦井軟巖支護(hù)技術(shù)，采用注漿錨索支護(hù)工藝，解決了寺河煤礦二號(hào)井15#煤運(yùn)輸大巷軟巖支護(hù)問(wèn)題。這種方法安全性高，成本低，巷道穩(wěn)定，不易變形。

寺河煤礦二號(hào)井15#煤運(yùn)輸大巷沿煤層底板布置，底板為鋁質(zhì)泥巖。15#煤層在開(kāi)采的過(guò)程中受底板軟巖影響較大，具體表現(xiàn)在采區(qū)軌道運(yùn)輸大巷、膠帶運(yùn)輸大巷和采區(qū)回風(fēng)巷受工作面采動(dòng)影響，巷道底鼓，變形嚴(yán)重，支護(hù)十分困難。該區(qū)域15#煤層總體穩(wěn)定，中部局部有平均0.05 m厚的夾矸，條帶狀層理，節(jié)理發(fā)育，硬度為2～3。

1 支護(hù)方案研究

基于巷道支護(hù)穩(wěn)定性的控制方法選擇，結(jié)合15#煤運(yùn)輸大巷工程地質(zhì)環(huán)境特征及地應(yīng)力等條件，選擇注漿錨索支護(hù)方法，解決巷道軟巖支護(hù)問(wèn)題，如圖1所示。

圖1 錨索支護(hù)斷面圖

注漿管：標(biāo)準(zhǔn)注漿管長(zhǎng)度過(guò)短，需要在原來(lái)2 m長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上加工為8 m。但電焊加工的過(guò)程中，會(huì)因注漿管的管壁較薄而出現(xiàn)管壁破損的現(xiàn)象，所以可以通過(guò)用報(bào)廢的水針外套做幫條加強(qiáng)管壁的厚度，防止破損，從而使注漿管順利完成注漿。

注漿材料：支護(hù)過(guò)程中所選用的材料是水泥漿，其主要是由一體積的水泥和三體積的水所構(gòu)成的。

2 運(yùn)輸大巷模擬分析

2.1 巷道模型的構(gòu)建

為研究寺河煤礦二號(hào)井西區(qū)巷道的整個(gè)變形過(guò)程，利用FLAC3D軟件構(gòu)建出巷道的支護(hù)模型，將運(yùn)輸大巷發(fā)生變形的整個(gè)過(guò)程通過(guò)軟件模擬出來(lái)。在模擬過(guò)程中，設(shè)置的注漿錨索支護(hù)的每排之間的距離為1 200 mm，整個(gè)巷道模擬范圍長(zhǎng)為40 m、寬4 m、高3 m。對(duì)此模型的初始條件進(jìn)行設(shè)置，將巷道底部固定住，防止側(cè)面向水平方向偏移，在垂直方向施加大約15 MPa的荷載，通過(guò)CABLE單元對(duì)注漿錨索進(jìn)行模擬分析，工程地質(zhì)模型圖如圖2所示。

圖2 工程地質(zhì)模型

2.2 井巷應(yīng)力場(chǎng)的分析

注漿錨索支護(hù)應(yīng)力場(chǎng)如圖3所示。

a-水平應(yīng)力場(chǎng)分布;b-垂直應(yīng)力場(chǎng)分布圖3 工程地質(zhì)模型

由上述模擬結(jié)果可以得出，運(yùn)輸大巷采用注漿錨索支護(hù)方法后，整個(gè)巷道的穩(wěn)定性有明顯的改善，圍巖強(qiáng)度增強(qiáng)。底板的水平和垂直應(yīng)力集中區(qū)域和原來(lái)相比面積變小，礦井巷道兩幫所受力均衡，巷道底板的圍巖受力也減小。

2.3 井巷位移場(chǎng)的分析

注漿錨索支護(hù)位移場(chǎng)如圖4所示。

通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)，巷道變形程度與沒(méi)有采用錨索支護(hù)相比大為減小。一方面從井巷左右兩幫的變化情況來(lái)看，其收縮量達(dá)到極限狀態(tài)也僅僅為120 mm和130 mm;另一方面從巷道頂板沉降和底板底鼓的變化幅度可看出其數(shù)值分別為135 mm和100 mm。因此，如果采用恒定的支撐力且變形較大的錨索作為其支護(hù)的主體，既可以使巷道的變形程度降低，又可以減輕水平應(yīng)力的作用，使得巷道整體的變形得到有效控制，即使發(fā)生變形，變形程度也在可接受的范圍內(nèi)。綜上所述，采用注漿錨索支護(hù)可以降低并控制巷道變形的程度，使得巷道的支護(hù)更加穩(wěn)定。

3 支護(hù)效果分析

通過(guò)在15#煤運(yùn)輸大巷約50 m以及在其前方大約15 m范圍內(nèi)布置6組不同的測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)檢驗(yàn)巷道注漿錨索的支護(hù)效果。其中有4組測(cè)站點(diǎn)布置在巷道的支護(hù)段之中，另有2組布置在一般的支護(hù)段中，最后根據(jù)6組測(cè)站點(diǎn)來(lái)檢測(cè)其支護(hù)效果。

a-水平位移場(chǎng)分布;b-垂直位移場(chǎng)分布圖4 位移場(chǎng)圖

3.1 測(cè)點(diǎn)布置

對(duì)50 m巷道進(jìn)行注漿錨索支護(hù)，同時(shí)在支護(hù)地點(diǎn)位置前方15 m內(nèi)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖5所示。

3.2 巷道表面位移監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖6所示。

圖5 運(yùn)輸大巷測(cè)站布置圖

a-A測(cè)站；b-B測(cè)站；c-C測(cè)站；d-D測(cè)站；e-E測(cè)站；f-F測(cè)站圖6 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)U-T變化曲線

通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)可以得出：一方面采用普通錨索支護(hù)的巷道，在支護(hù)初期其變形幅度大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了注漿錨索支護(hù)的變形程度；另一方面普通錨索支護(hù)下的巷道頂板和底板變化率大約在1.6～2.2 mm/d的數(shù)值范圍內(nèi)，注漿錨索支護(hù)下的頂板和底板的變化率大約是1.08～1.28 mm/d。同時(shí)通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)普通錨網(wǎng)索支護(hù)對(duì)于巷道的變形不能完全適應(yīng)，但注漿錨索支護(hù)對(duì)于巷道的持續(xù)性變形能夠很好地適應(yīng)，因此在選擇巷道支護(hù)方法的過(guò)程中，應(yīng)更多地考慮注漿錨索的支護(hù)方法。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)寺河煤礦二號(hào)井15#煤的運(yùn)輸大巷支護(hù)模擬研究，分析得出注漿錨索支護(hù)的支護(hù)方法能有效控制巷道的收縮變形，減小了巷道和圍巖的應(yīng)力集中，提高了圍巖整體強(qiáng)度。巷道注漿錨索支護(hù)后的變形程度明顯減小，同時(shí)也加強(qiáng)了整個(gè)巷道的穩(wěn)定性和承受能力。

(2)通過(guò)對(duì)比普通錨網(wǎng)索和注漿錨索2個(gè)支護(hù)方法，發(fā)現(xiàn)普通錨網(wǎng)索對(duì)于巷道的變形等變化適應(yīng)性差，注漿錨索支護(hù)方法可以長(zhǎng)久適應(yīng)巷道變形，變形率的數(shù)值相比普通錨網(wǎng)索要小很多。