戰(zhàn)陽

摘要：隨著煤炭行業(yè)不斷發(fā)展，淺部煤炭資源日益減少，煤炭開采深度不斷增加，礦井逐漸進入深部資源開采階段。隨著開采深度增加，巷道圍巖在“三高一擾動”的復雜力學環(huán)境下，巷道表現(xiàn)出底臌嚴重、兩幫移近量大，支護困難，給深部應力軟巖巷道支護提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。目前，深部軟巖工程已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的重點領域。研究軟巖巷道支護技術，最佳支護時段，對控制巷道變形，保證礦井安全生產(chǎn)，開采深部煤炭資源的具有重要意義。

關鍵詞：深部;高應力;軟巖;最佳支護時段;聯(lián)合支護

引言：巷道支護主要是采取有效方法對圍巖進行加固，改變圍巖的應力狀態(tài)，控制圍巖變形。支護形式改變單一支護，采用聯(lián)合支護，提高圍巖的整體強度，改善巷道圍巖的承載能力，有效控制巷道變形，達到控制巷道圍巖變形的目的，提高了軟巖支護效果。

1. 軟巖巷道特征

根據(jù)圍巖松動圈理論，巷道開挖破壞了原應力狀態(tài)，造成圍巖應力場重新分布，在其周圍形成破碎區(qū)、塑性區(qū)和原巖應力區(qū)，區(qū)域大小與圍巖巖性及巷道斷面大小有關。深部高應力軟巖巷道開挖，破壞了圍巖的整體性，應力向其周圍釋放，巖體的承載力下降，如果支護不及時，巷道變形破壞嚴重，頂板下沉量增大。軟巖巷道開挖初期表現(xiàn)出變形速率大的特征。巷道掘進引起應力重新分布，且速度快。如果支護不及時，容易發(fā)生冒頂、片幫等事故。在高應力環(huán)境下軟巖的承載力大大降低，軟巖巷道變形表現(xiàn)出時效性。初期來壓快，自穩(wěn)時間短，由于巖體松軟，流變時間長，增加了巷道支護難度和維護費用。

2. 軟巖巷道支護技術

2.1 軟巖巷道支護原理

軟巖巷道支護在于提高巷道圍巖的自承能力。為有效控制圍巖變形，提高巷道穩(wěn)定性，要根據(jù)圍巖屬性，分析其來壓規(guī)律，及時調(diào)整支護技術，使支護結(jié)構及其技術不斷適應圍巖變形活動規(guī)律。為有效控制巷道圍巖變形，提高巷道整體性。應改變傳統(tǒng)的單一支護結(jié)構，采用耦合支護，錨注結(jié)構、二次支護等技術。同時綜合考慮，采取卸壓、加固和支護相結(jié)合的方法，充分卸掉高應力區(qū)的壓力，對大變形區(qū)進行讓壓處理，整體加固松軟破碎的區(qū)域。再者，對巷道圍巖變形進行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整支護參數(shù)。

2.2 軟巖巷道聯(lián)合支護技術

巷道支護在于控制圍巖的破脹變形。采用單一支護方式效果差，無法保證煤礦的安全生產(chǎn)。因此，根據(jù)巷道地質(zhì)條件、開挖斷面、服務年限、支護材料強度等因素，選擇合理的支護方案，有效控制圍巖變形，現(xiàn)針對軟巖巷道采取的支護技術加以說明。（1）錨桿（索）網(wǎng)+鋼帶+梯形棚聯(lián)合支護。采用先讓后強的思想，有效的結(jié)合了傳統(tǒng)剛性支護和柔性支護。巷道開挖初期采用錨桿網(wǎng)+鋼帶支護，提高巷道圍巖的強度，控制圍巖變形。待變形穩(wěn)定后，采用架棚剛性支護，為圍巖提供支護阻力，有效控制巷道變形。（2）錨網(wǎng)噴二次支護。軟巖巷道圍巖的自身承載能力較差，加重了支護結(jié)構的負擔，必須通過有效的方法提高圍巖強度，改善圍巖的承載能力，提高支護效果。巷道開挖后首先進行錨索網(wǎng)支護。然后，噴射混凝土封閉暴露的巷道圍巖，與錨索共同形成承載環(huán)，既改變了圍巖的應力狀態(tài)，又可以讓巷道圍巖壓力充分釋放，最后對巷道進行二次噴漿支護。（3）錨索網(wǎng)+U型棚聯(lián)合支護。巷道頂板比較復雜的情況下，采用錨索+梁+網(wǎng)聯(lián)合支護的方式。根據(jù)懸吊理論，首先將錨索錨固到上覆穩(wěn)定巖層中，提高巷道圍巖的穩(wěn)定性。然后再安裝支護梁，提高圍巖整體性，進一步改善支護效果。同時，在兩幫的棚腿安裝錨桿，提高兩幫支護強度。

2.3 支護方案選擇

綜合已有研究結(jié)果，軟巖巷道的頂板變形較為顯著，同時其上覆巖層中關鍵層位置較高，很難形成穩(wěn)定結(jié)構?；诖耍暨x擇常規(guī)的錨桿支護很難滿足此地質(zhì)條件下的支護需求，普通錨桿無法達到其穩(wěn)定性需求，導致支護成本增加，而錨網(wǎng)索支護方式能夠有效保護上覆巖層中的破碎結(jié)構，有效解決了傳統(tǒng)錨桿支護距離較短的缺陷。軟巖巷道的破碎區(qū)域較大[1]，有效的支護是保證安全生產(chǎn)的前提。綜合多方面因素，本研究選用錨索+金屬網(wǎng)、幫部錨桿聯(lián)合支護方式。根據(jù)相關理論計算，最終確定支護所選用的錨桿規(guī)格為D22mm×3500mm，布置過程中錨桿間排距設置為800mm，錨桿扎入時向上傾斜4°，向下傾斜15°。巷道幫部安設900mm×1500mm的鐵絲網(wǎng)與錨桿相結(jié)合完成支護工作。支護選用的鐵絲網(wǎng)直徑為D0.55mm，網(wǎng)孔規(guī)格為50mm×50mm，單獨鐵絲網(wǎng)之間連接寬度為100mm，連接間距為200mm。連接幫部的鐵絲采用雙股的14號鐵絲，同時配合使用14號長度為2800mm的槽鋼，進一步保障支護的效果.

3 最佳支護時間和最佳支護時段

3.1 最佳支護時間

即可以使（PR+PD）同時達到最大的支護時間，其中PR為圍巖支承力，PD為以變形轉(zhuǎn)化的工程力，其意義如圖1所示。圖中顯示，（PR+PD）～t曲線最大值點對應的時間TS就是最佳支護時間。同時，該點也是PD～t曲線和PR～t曲線的交點所對應的時間。

3.2 最佳支護時間段

實際工程中難以準確掌握最佳支護時間[2]，所以采用最佳支護時間段的概念，其意義如圖2所示。只要在最佳支護時間TS附近對巷道進行永久支護，基本上可以使PD和PR同時達到優(yōu)化意義上的最大。這樣，（PR+PD）→MAX也就自動滿足。

結(jié)論：

簡而言之，隨著煤礦開采深度的不斷增加，巷道在高應力的復雜力學環(huán)境中，圍巖松軟破碎，巷道變形量大，難以控制，給礦井安全生產(chǎn)提出了更高的要求。通過研究深部高應力軟巖巷道的變形特征及最佳支護時段，改變傳統(tǒng)單一支護的局限性，提出了軟巖巷道的聯(lián)合支護技術，能夠有效的控制圍巖變形，提高巷道的穩(wěn)定性，保障煤礦安全生產(chǎn)[3]。

參考文獻：

[1]王文才，趙思宇.近距離煤層同時開采礦壓顯現(xiàn)及防治研究[J].煤炭技術，2018，37（5）：16-19.

[2]張宏偉，趙象卓，韓軍，等.極近距離煤層重復采：動礦壓顯現(xiàn)規(guī)律[J].遼寧工程技術大學學報：自然科學版，2018，37（2）：225-231.

[3]金珠鵬.沙坪礦近距離煤層開采覆巖運動規(guī)律及圍巖變形機理研究[D].北京：中國礦業(yè)大學，2018.