侍大軍 劉書華

（兗礦集團(tuán)兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧二號煤礦，山東 濟(jì)寧272000）

軟巖構(gòu)成的巷道穩(wěn)定性差,整體強(qiáng)度不足。使用錨噴支護(hù)的情況下,錨的支撐作用有限,無法有效增強(qiáng)巖體的穩(wěn)定性,巖體在易變形、要進(jìn)行數(shù)次整修。當(dāng)前,錨噴支護(hù)下的軟巖巷道上部巖體下沉,容易塌落,兩幫朝巷空運(yùn)動(dòng)。如果支護(hù)結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)不穩(wěn)定的巖體,而且還能承受外力,則巷道能保持穩(wěn)定。因此,在軟巖環(huán)境下設(shè)置具有大橫截面的巷道,并解決巖體易流變,穩(wěn)定性不足以及隨著采礦深入支護(hù)難度加大等問題對于煤礦安全高效開采來說意義重大。

1 大斷面軟巖巷道支護(hù)方法選用

多數(shù)情況下大斷面軟巖巷道支護(hù)需要綜合運(yùn)用多種支護(hù)方法。許多學(xué)者研究出幾種適用于大斷面軟巖巷道支護(hù)的方法,多數(shù)方法都是基于錨桿支護(hù)優(yōu)化而來, 具體來說主要包括以下幾種支護(hù)方法:

1.1 錨桿、錨索、金屬絲網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)(錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù))。錨桿、錨索、金屬絲網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)用,以支護(hù)大斷面軟巖巷道。三者既能發(fā)揮自身的支護(hù)作用,也可以發(fā)揮聯(lián)合支護(hù)作用,有效控制巖體變形,通過與巖體耦合,在維持巖體的穩(wěn)定性方面發(fā)揮作用。錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)施工難度不大,支護(hù)效果好,經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證已被許多礦井認(rèn)可,應(yīng)用廣泛。

1.2 錨網(wǎng)注漿聯(lián)合支護(hù)(錨漿聯(lián)合支護(hù))。在錨桿、金屬絲網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)上通過注漿加固來增強(qiáng)支護(hù)效果,有效增益巖體強(qiáng)度,提升其自穩(wěn)性和承載力,達(dá)到增強(qiáng)巖體穩(wěn)定性的目的。然而,該方法施工難度大,注漿施工效果往往不理想。加固的效果和巖體孔隙率有很大的關(guān)系;因而只能特殊的巖體環(huán)境中應(yīng)用。

1.3 錨網(wǎng)砌碳聯(lián)合支護(hù)(錨碳聯(lián)合支護(hù))。利用錨桿支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)增強(qiáng)巖體承載力,輔助使用砌碳支護(hù)封閉巖體,避免巖體因風(fēng)化導(dǎo)致強(qiáng)度降低,并且碳體承載能力較強(qiáng),可以有效減少巖體變形,錨碳聯(lián)合支護(hù)主要用于使用壽命長,弧形截面的巷道。

1.4 采用硬質(zhì)層和軟質(zhì)層支護(hù),軟質(zhì)層吸收巖體變形并釋放過程中產(chǎn)生的能量,硬質(zhì)層控制巖體變形。由于能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)度、剛度、結(jié)構(gòu)的耦合,因此有效保持軟巖巖體穩(wěn)定性,但技術(shù)復(fù)雜度高,施工難度大,難以掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)與巖體的耦合程度,因此,應(yīng)用不廣泛。

以上提到的支護(hù)方法在控制大斷面軟巖道路的穩(wěn)定時(shí)效果較好,在比較分析了上述各種支護(hù)方法的優(yōu)劣勢基礎(chǔ)上,選擇施工難度低的錨網(wǎng)索結(jié)合支護(hù)方法。

2 工程概況

濟(jì)二煤礦9309 回采工作面走向長度255m, 平均傾斜長度98m。開采面位于礦井西側(cè),北側(cè)是未開發(fā)的煤層,東側(cè)是已經(jīng)采空的煤層,南側(cè)為未開采煤層,厚度0.8 m -2.9m,平均厚度為2.2m,傾斜角為6°-9°。2309 回采工作面是一個(gè)完全機(jī)械化開采的工作面。開采路徑沿煤層延伸,開采巷道橫截面積為15.5 m2,屬于大斷面巷道。9309 回采工作面巷道上部巖性較軟,遇水后很容易膨脹,屬于代表性的軟巖巷。

3 大斷面軟巖巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)定

在選定了大斷面軟巖巷道支護(hù)方法后, 就應(yīng)該設(shè)定合適支護(hù)參數(shù)。本次研究采用FLAC3D數(shù)值建模分析技術(shù),對錨桿間距,錨桿排距、錨索數(shù)量等參數(shù)進(jìn)行分析,根據(jù)巷道巖體變形量來設(shè)定的可接受的參數(shù),具體步驟如下:

3.1 分析錨桿間距為800mm,1000 mm,1200 mm 對應(yīng)的巖體變形量。隨著錨桿之間的距離減小,巷道上部以及兩側(cè)的巖體變形量逐漸減小?；跍p小錨桿之間的距離對巖體變形的影響以及支護(hù)施工的經(jīng)濟(jì)可行性,最終確定錨桿之間的合理距離為1000 mm,此時(shí)巖體變形幅度明顯減小。當(dāng)錨桿之間的距離減小到1000mm時(shí),錨桿間距繼續(xù)減小時(shí),巷道頂部、兩幫的巖體變形程度減小幅度也明顯減小。

3.2 在確定了錨桿之間的合理距離之后,改變錨桿排距對巷道上部和周圍巖體變形有影響,并且基本上不影響巷道下部變形。隨著錨桿排距減小,巷道上部和下部以及兩側(cè)的變形量逐漸減小。錨桿排距1400 mm,1200 mm,1000 mm 時(shí), 巷道上部變形量分別為252 mm,191 mm,174 mm,減少量為26%、8%、1.5%,兩側(cè)變形量分別為345mm,274mm,257mm,減少量依次為22%、8%、0%。錨桿排距降低至1200mm后,繼續(xù)減小時(shí),對錨桿巷道上部、下部及兩側(cè)變形量影響很小。

3.3 在確定錨點(diǎn)之間的距離,錨桿排距以及錨桿長度的前提下,分別分析錨索數(shù)量1、2、3 根的情況下巖體的變形量, 對比分析確定合理的錨索數(shù)目。錨索數(shù)量的變化并不主要影響巷道底板的變形。隨著錨索數(shù)量的增加,巷道上部和兩側(cè)巖體變形量逐漸減小,同時(shí)也減小幅度不隨錨索數(shù)量增加而衰減。綜合考慮選定錨索數(shù)量為3 根。

4 大斷面軟巖巷道支護(hù)施工工藝

4.1 頂部錨桿施工

4.1.1 9309 工作面使用一次全斷面掘進(jìn),巷道掘進(jìn)尺寸的誤差不得大于300mm。4.1.2 隨著掘進(jìn)面的前進(jìn)要應(yīng)及時(shí)使用錨桿,空頂距離不能大于3m。一旦發(fā)現(xiàn)巷道頂部、兩側(cè)破碎,就可以根據(jù)需要減小空屋空頂距。4.1.3 使用單錨氣動(dòng)鉆機(jī)打孔,使用2.8 m 長、直徑28 mm 的鉆桿鉆孔。4.1.4 在鉆孔之前要檢查巷道的橫截面是否符合標(biāo)準(zhǔn)。如不符合就需要先進(jìn)行一定的處理之后再鉆孔;在鉆孔之前要先清除危險(xiǎn)活動(dòng)巖石塊, 確認(rèn)工作環(huán)境安全后在開始作業(yè)。要精確定位錨桿孔,誤差控制在80 mm 以內(nèi),并且錨桿孔眼要和巷道輪廓線垂直。嚴(yán)格根據(jù)錨桿的長度鉆孔,孔深與長度的誤差要可控制在±25 mm,鉆至既定的深度后,拆掉錨桿,清潔孔眼。4.1.5 將裝有螺母等配件的頂板錨桿插入孔內(nèi),設(shè)置攪拌套筒,頂推錨桿,將錨固劑打入孔內(nèi)。4.1.6 當(dāng)錨固劑到達(dá)孔洞底部時(shí)開始中速攪拌,主要做頂推+旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。然后加快旋轉(zhuǎn)速度,持續(xù)45s,主要做旋攪動(dòng)作,使錨固劑混合均勻。托盤接近頂網(wǎng)時(shí)用鉆桿將其和頂網(wǎng)壓緊3min。攪拌全程用時(shí)不得超出80s,按錨固劑凝固所需時(shí)間等待一會(huì),等其完全凝固再上緊螺母。4.1.7 仔細(xì)確認(rèn)錨桿與頂板是否結(jié)合緊密,錨桿露在外部的部分長度是否滿足施工要求,不符合則必須補(bǔ)打。裝好中間首根錨桿后,再依次安裝巷道中線兩側(cè)的該排錨桿。

4.2 錨索施工

4.2.1 用單錨氣動(dòng)鉆機(jī),八根長1200mm 的鉆桿鉆孔,孔眼深度要在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。4.2.2 用錨索推送樹脂藥卷達(dá)到孔眼底部。4.2.3錨索下部通過攪拌器連接鉆機(jī),啟動(dòng)鉆機(jī),錨索轉(zhuǎn)動(dòng),推向孔底,攪拌過程先慢后快,當(dāng)錨索外露250mm 左右時(shí),全速旋轉(zhuǎn)越25 秒停機(jī)。4.2.4 3min 后拆除攪拌器、鉆機(jī),用千斤頂張拉錨索,直到預(yù)緊力達(dá)到既定值。

4.3 兩側(cè)錨桿施工

4.3.1 兩側(cè)錨桿用煤電鉆鉆孔,確?？咨罘弦?。4.3.2 將藥卷推送到孔底,然后將錨桿插入孔眼。4.3.3 裝好攪拌套筒,旋轉(zhuǎn)錨桿推送到孔底, 當(dāng)錨桿外露95mm 左右時(shí), 使錨桿旋轉(zhuǎn)25s 后停機(jī)。4.3.4 2min 后產(chǎn)出攪拌套筒,鋪設(shè)錨網(wǎng),上緊螺母。4.3.5 仔細(xì)確認(rèn)錨桿、托盤、露在孔外的錨桿長度是否滿足施工標(biāo)準(zhǔn),如不符合需要重新打孔。4.3.6 巷道兩側(cè)的錨桿施工順序是從上到下、從外向內(nèi)逐排布設(shè),結(jié)合巷道兩側(cè)巖體情況先對面積較大、留空時(shí)間長的區(qū)域進(jìn)行施工。

5 結(jié)論

綜上所述,錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方法綜合考慮到巷道巖體復(fù)雜多變的情況,通過錨固使錨桿、巖體相互作用,聚集破碎巖塊形成整體,有效發(fā)揮巖體自身的承載力, 從而防止巖體強(qiáng)度的進(jìn)一步減弱,保持巖體整體穩(wěn)定性。同時(shí),錨桿可以隨著巖體變形移動(dòng),支護(hù)效果穩(wěn)定。錨網(wǎng)起到阻止錨桿間隙煤巖體松動(dòng)掉落,可以有效提高巖體的完整性和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。由于錨固很深,錨索能有效發(fā)揮深部巖體的承載力,有效組織淺表巖體的破壞。同時(shí)可施加預(yù)應(yīng)力支撐巖體。通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場實(shí)踐可以驗(yàn)證該支付方法的可靠性。