王輝

摘 要： 近年來(lái)，我國(guó)煤炭行業(yè)的開(kāi)發(fā)利用推動(dòng)我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，為我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)貢獻(xiàn)力量。我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量豐富，隨著礦井逐漸向深部開(kāi)采，礦井的開(kāi)采條件逐年復(fù)雜，巷道圍巖出現(xiàn)流變形態(tài)、破壞范圍大、變形強(qiáng)烈、泥化易風(fēng)化、破碎松散、裂隙發(fā)育等特點(diǎn)，學(xué)者對(duì)其支護(hù)進(jìn)行很多研究。

關(guān)鍵詞： 煤礦巷道圍巖;強(qiáng)度測(cè)試及支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】TD353+.6 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.37.230

引言：時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展使得我國(guó)快速進(jìn)入現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)發(fā)展階段，各行業(yè)有了新的發(fā)展空間。近年來(lái)，隨著我國(guó)綜放工作面開(kāi)采技術(shù)逐步發(fā)展，工作面產(chǎn)量不斷提高，其巷道斷面也逐漸增大，但是掘進(jìn)技術(shù)不能滿足快速推進(jìn)的要求，給礦井正常接替帶來(lái)了很大壓力。目前，巷道支護(hù)常采用錨桿（索）支護(hù)，為了滿足工作面的快速推進(jìn)及巷道斷面的增加，需要增加單位長(zhǎng)度巷道錨桿、錨索的數(shù)量以及加快成巷速度。

1 工程概況

研究巷道開(kāi)采二1煤層，煤層平均厚度為6.0m，平均埋深為400m，煤層平均傾角為4°，實(shí)驗(yàn)室測(cè)得煤的平均抗壓強(qiáng)度為31MPa，煤體節(jié)理裂隙發(fā)育，局部煤體出現(xiàn)松軟破碎。基本頂為中粒砂巖，平均厚度10.0m，呈淺灰色;直接頂為粉砂巖，平均厚度4.5m，呈黑灰色;直接底為粉砂巖，平均厚度2.0m，呈淺黑灰色;基本底為粉砂巖，平均厚度5.6m，呈灰色。

2 鉆孔探測(cè)圍巖強(qiáng)度測(cè)試

①實(shí)驗(yàn)室?guī)r塊強(qiáng)度測(cè)試。試件并不是真實(shí)的原有環(huán)境，不能客觀反映圍巖的真實(shí)力學(xué)特性;巷道處于煤系中，包含大量的巖土層，不能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)取心和實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)件制作的要求，該方法具有較為強(qiáng)烈的主觀因素。②巖體強(qiáng)度原位測(cè)量。現(xiàn)目前方法位大尺寸壓縮試驗(yàn)和鉆孔觸探法，其中，大尺寸壓縮試驗(yàn)要求尺寸較大，耗時(shí)耗力，不太適用于常規(guī)的圍巖力學(xué)參數(shù)測(cè)定;鉆孔觸探法主要適用于巷道淺部破碎區(qū)。

3 巷道圍巖塑性區(qū)分布特征

對(duì)于節(jié)理傾角為0°-30°賦存區(qū)域巖體，載荷下節(jié)理中部擴(kuò)展成拉裂紋，之后巖體發(fā)生張拉破裂，被節(jié)理切割的塊體在載荷作用下易翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)一步促進(jìn)巖體承載結(jié)構(gòu)劣化，使得巖體呈現(xiàn)顯著拉破壞，巷道圍巖發(fā)生彎折破壞失穩(wěn)。當(dāng)圍巖節(jié)理傾角以30°-45°為主時(shí)，初期節(jié)理尖端裂紋的萌生及擴(kuò)展發(fā)生拉損傷，而在峰值強(qiáng)度附近則以剪切裂紋貫通為主，使得巖體發(fā)生拉剪混合破壞及剪切破壞，巷道圍巖發(fā)生片幫。當(dāng)節(jié)理傾角增大為75°時(shí)，節(jié)理尖端產(chǎn)生的剪切裂紋沿著節(jié)理傾向擴(kuò)展，并相互貫通成滑移剪切面，巖體發(fā)生剪切破壞，巷道圍巖以劈裂片幫為主。兩幫中下部塑性破壞深度大于上部，節(jié)理傾角越大，兩幫塑性破壞深度越小，頂板塑性破壞深度受節(jié)理傾角影響較小。巷道下部左幫破壞明顯大于右?guī)?，巷道兩幫發(fā)生非對(duì)稱變形，這是因?yàn)橄锏雷髠?cè)受鄰近采掘工程應(yīng)力擾動(dòng)影響較大所致。

4 巷道支護(hù)參數(shù)確定

錨索參數(shù)確定。深部圍巖頂板施加3根錨索，采用錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，錨索直徑為17.8mm，采用1×7股鋼絞線，模擬分析了錨索長(zhǎng)度為6.3、7.3、8.3m三種尺寸的巷道支護(hù)效果，當(dāng)錨索長(zhǎng)度為6.3m時(shí)，巷道頂?shù)装宓囊平繛?30mm;當(dāng)錨索長(zhǎng)度為7.3m時(shí)，巷道頂?shù)装宓囊平繛?00mm;當(dāng)錨索長(zhǎng)度為8.3m時(shí)，巷道頂?shù)装宓囊平繛?97mm?？梢园l(fā)現(xiàn)，當(dāng)錨索長(zhǎng)度為7.3m和8.3m時(shí)，巷道頂?shù)装宓奈灰屏肯嗖畈淮?，綜合經(jīng)濟(jì)角度和安全角度。根據(jù)數(shù)值模擬，錨桿長(zhǎng)度選擇為1.6m，錨桿間排距均為0.7m時(shí)巷道支護(hù)效果最好，不再進(jìn)行敘述，僅對(duì)錨桿的預(yù)緊力進(jìn)行數(shù)值模擬。錨桿長(zhǎng)度選擇為1.6m，錨桿間排距均為0.7m，設(shè)置預(yù)緊力分別為40、60、80kN進(jìn)行數(shù)值分析。

5 不同支護(hù)方式下圍巖位移特征

不同支護(hù)方式下，回風(fēng)大巷圍巖位移演化特征可以看出：1.當(dāng)巷道采用錨網(wǎng)索支護(hù)時(shí)，局部頂、底板最大移近量為885.1mm;當(dāng)巷道采用錨注支護(hù)時(shí)，局部頂、底板最大移近量為519.7mm;當(dāng)巷道采用聯(lián)合支護(hù)時(shí)，局部頂、底板最大移近量為296.9mm。2.巷道采用聯(lián)合支護(hù)時(shí)，頂、底板收縮量相較于采用錨網(wǎng)索支護(hù)與錨注支護(hù)明顯減小;采用錨網(wǎng)索支護(hù)時(shí)，底板向巷內(nèi)收縮量相差較大，即底板變形嚴(yán)重;而采用錨注支護(hù)時(shí)，底板向巷內(nèi)收縮量相差較大的現(xiàn)象稍有改善，但巷道兩底角收縮仍然嚴(yán)重。通過(guò)比較可知，在采用聯(lián)合支護(hù)方案條件下，巷道圍巖變形量相對(duì)較小，圍巖變形得到有效控制。

6 巷道加固方案

為了提高煤柱工作面下伏軌道上山和皮帶機(jī)上山初始錨網(wǎng)噴支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在上覆孤島煤柱工作面回采前，利用錨索的高承載能力對(duì)巷道變形較大的拱頂及受力易于集中的兩側(cè)拱肩等薄弱支護(hù)區(qū)進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償，從而達(dá)到充分發(fā)揮深部穩(wěn)定巖體的承載能力，避免因頂板離層裂隙發(fā)育導(dǎo)致巖體冒落。為此，根據(jù)煤柱工作面及其下伏軌道上山和皮帶機(jī)上山圍巖條件，并結(jié)合工作面下伏2條上山圍巖變形特征分析，制定了采前采用錨索對(duì)2條上山巷道拱頂及兩側(cè)拱肩進(jìn)行加固，采后通過(guò)錨桿補(bǔ)網(wǎng)再維護(hù)的加固對(duì)策。在工作面回采期間，對(duì)混凝土噴層及巖塊剝落位置，通過(guò)錨桿進(jìn)行補(bǔ)網(wǎng)再維護(hù)，不僅有利于防止混凝土噴層剝落面擴(kuò)展，而且也有利于維護(hù)巷道圍巖穩(wěn)定性。

結(jié)語(yǔ)：通過(guò)鉆孔探測(cè)儀圍巖強(qiáng)度測(cè)試，得出頂板上覆巖層0-6.5m處，巖石具有較好的完整性，平均強(qiáng)度為53MPa，實(shí)體煤幫部平均強(qiáng)度為14MPa，說(shuō)明圍巖能夠發(fā)揮錨桿的主動(dòng)支護(hù)能力。

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