摘 要：從事煤礦井巷工程掘進(jìn)，加強(qiáng)錨網(wǎng)支護(hù)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高井巷單進(jìn)進(jìn)度及施工質(zhì)量，經(jīng)過對(duì)市區(qū)內(nèi)礦區(qū)山西某礦新井籌建處的錨桿支護(hù)方案進(jìn)行調(diào)研、設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用，加強(qiáng)煤巷頂板軟巖對(duì)綜掘施工工藝的改進(jìn)與實(shí)踐，并用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分析加強(qiáng)錨網(wǎng)支護(hù)中的安全可靠性，為同類地質(zhì)條件下綜掘工藝支護(hù)提供一定研究范例。

關(guān)鍵詞：錨桿支護(hù)技術(shù);數(shù)值模擬;可操作性;監(jiān)測(cè)

煤巷的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法已從過去簡(jiǎn)單的試驗(yàn)方法和理論計(jì)算方法發(fā)展到基于數(shù)值計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)方法。但是，我國(guó)許多礦區(qū)目前仍采用的經(jīng)驗(yàn)法，且設(shè)計(jì)也是非動(dòng)態(tài)的，不注重監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的收集分析及有效的反饋。在一些礦山，無論巷道的地質(zhì)條件和生產(chǎn)條件如何，支護(hù)形式和參數(shù)都是一樣的，或是一味的全錨索加強(qiáng)支護(hù)，導(dǎo)致巷道掘進(jìn)慢，掘進(jìn)效率低，甚至出現(xiàn)冒頂事故的發(fā)生。本文就垚志達(dá)新井籌建處為工程實(shí)例，闡述機(jī)掘工藝中，采用錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)對(duì)頂部軟巖巷道采用錨網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的可靠性。

1 礦區(qū)工程概況

該礦新井籌建處位于沁水煤田東南段，地處長(zhǎng)治盆地東南邊緣山區(qū)，礦井為隱覆井田，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力可以達(dá)到120萬t/a，低瓦斯礦井，主采3#、9#、15#煤層，為全區(qū)可采的穩(wěn)定煤層?，F(xiàn)采3#煤層埋深350m左右，煤層平均厚度為3.83m，一般含0-2層脈石，煤層直接頂板為砂質(zhì)泥巖，0-15.86m，其平均厚度為9.68m，變化范圍較大，局部存在復(fù)合型頂板，較為破碎，在下部局部有炭質(zhì)泥巖薄層，老頂為中粒砂巖，為穩(wěn)定性巖層;底板為炭質(zhì)泥巖，平均厚度為2.0m，砂質(zhì)泥巖、砂巖平均厚度為5.83m。

2 錨桿支護(hù)方案

該礦的3號(hào)煤層運(yùn)輸順槽斷面為矩形巷道，規(guī)格為4.5m（寬）×3.0m（高），全煤巷道，沿煤層頂板掘進(jìn)。根據(jù)現(xiàn)有支護(hù)條件和相鄰主巷地壓觀測(cè)資料，以及回風(fēng)巷的地質(zhì)力學(xué)數(shù)據(jù)采集，采用錨桿支護(hù)數(shù)值模擬技術(shù)和全過程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析方法，進(jìn)行了錨桿支護(hù)的跟蹤設(shè)計(jì)。希望能深入分析傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法存在的問題，達(dá)到一次支護(hù)、高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散、可操作性、經(jīng)濟(jì)合理性等原則，將工程地質(zhì)、支護(hù)理論、施工融入總體設(shè)計(jì)是當(dāng)前最有效、最科學(xué)、最合適的設(shè)計(jì)法。

2.1 設(shè)計(jì)過程

支護(hù)設(shè)計(jì)前，需進(jìn)行巷道所處的圍巖地質(zhì)力學(xué)評(píng)估：巖性和結(jié)構(gòu)、地層應(yīng)力、采動(dòng)影響、黏結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試、實(shí)驗(yàn)、分類，提供設(shè)計(jì)所需的所有信息?；诖耍醪皆O(shè)計(jì)時(shí)采用支護(hù)理論和設(shè)計(jì)方法，明確好支護(hù)參數(shù);施工過程中，利用監(jiān)測(cè)儀器對(duì)錨桿進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試和變形監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)圍巖位移分布;根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，驗(yàn)證了初步設(shè)計(jì)的質(zhì)量，修改錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)與工程實(shí)況是相符合的，保證了支護(hù)效果的同時(shí)，又實(shí)現(xiàn)了安全施工。

2.2 支護(hù)參數(shù)確定

明確有限元數(shù)值計(jì)算，模擬煤壁破壞范圍。采用庫侖--摩爾準(zhǔn)則確定了煤壁破壞區(qū)的范圍：

式中：σ1為最大主應(yīng)力;σ3為最小主應(yīng)力;c為內(nèi)摩擦角;?為巖石單軸抗壓強(qiáng)度;σc為粘結(jié)力。

庫侖--摩爾準(zhǔn)則安全系數(shù)定義為：

根據(jù)庫侖--摩爾準(zhǔn)則運(yùn)用有限元數(shù)值模擬，取SFmin=1.0，模擬巷道圍巖有支護(hù)時(shí)應(yīng)力如下，見圖1-圖3：

通過以上分析確定模擬方案得出如下，確保加強(qiáng)支護(hù)，確定錨桿錨固力為105kN，擰緊力矩為200N·m，初步支護(hù)參數(shù)：頂部錨桿6個(gè)，排距=0.8m，長(zhǎng)度=2.0m，設(shè)計(jì)錨固力=10.5t;頂部4個(gè)錨桿，錨桿長(zhǎng)度=2.0m，排距=0.8m，

設(shè)計(jì)錨固力10.5t;錨索打設(shè)間排距為2.0m×2.4m。錨桿分布方案，見圖4。

3 支護(hù)可靠性驗(yàn)證

在巷道施工的同時(shí)，需對(duì)錨網(wǎng)支護(hù)的效果進(jìn)行檢查，包括日常監(jiān)測(cè)和綜合監(jiān)測(cè)，這是現(xiàn)錨網(wǎng)支護(hù)有效監(jiān)測(cè)手段之一。

日常監(jiān)測(cè)包括錨桿錨固力抽查、頂板離層觀測(cè)和錨桿預(yù)緊力矩檢測(cè)三部分，是確保巷道施工后，消除隱蔽危險(xiǎn)源，對(duì)保證生命安全起著至關(guān)重要的作用。

當(dāng)巷道開挖之后一段時(shí)間，在相應(yīng)時(shí)間間隔、，巷道頂板下沉量、側(cè)移量達(dá)最大值，隨時(shí)間增加慢慢穩(wěn)定。綜合監(jiān)測(cè)是錨網(wǎng)施工后確保巷道安全性、可靠性的重要手段。①巷道面位移：巷道頂?shù)装逑鄬?duì)位移，兩（下轉(zhuǎn)第140頁）（上接第137頁）側(cè)，頂板下沉;②頂板離層：錨固區(qū)內(nèi)外頂板巖體位移;③錨桿應(yīng)力：頂板和兩側(cè)錨桿的應(yīng)力大小及變化的特點(diǎn)分析。

通過一個(gè)月時(shí)間的收集頂板及兩幫的巷道圍巖巖層位移變化，以及錨桿安裝測(cè)力計(jì)分析巷道錨桿工作載荷變化，見圖5。從圖中可看出，綜掘巷道頂板下沉量和幫部位移量達(dá)到最大值，并隨著時(shí)間的增長(zhǎng)趨于穩(wěn)定。可知：支護(hù)錨固后軟巖巷道應(yīng)力在分布方面，有較大的變化，巷道兩幫收收斂均不超過15mm，頂板下沉量不超過20mm，錨固對(duì)于巷道變形有一定的抑制作用。巷道頂板下沉的同時(shí)，錨桿承受張力，測(cè)量錨桿載荷變化，防止因錨桿屈服變形，甚至被拉斷，產(chǎn)生生命財(cái)產(chǎn)損失。初設(shè)錨桿屈服載荷為105kN，跟蹤測(cè)量三點(diǎn)位置頂部、左幫和右?guī)偷腻^桿穩(wěn)定后的載荷為48kN、53.4kN、50.3kN，均未達(dá)錨桿載荷60%，故錨桿載荷受力符合要求。由此可知，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和長(zhǎng)期觀測(cè)，達(dá)到了預(yù)期效果。支護(hù)方案確定合理，支護(hù)參數(shù)合理，是安全可靠的。

4 結(jié)論

模擬分析軟巖巷道運(yùn)輸順槽數(shù)值，數(shù)據(jù)驗(yàn)證實(shí)際巷道表面位移量，錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法和數(shù)值模擬確定的錨桿支護(hù)方案和參數(shù)是正確的，在軟巖巷道支護(hù)方面是合理的，所確定的支護(hù)參數(shù)在工程中具有實(shí)踐性、可操作性，在同類巷道支護(hù)時(shí)可參考該類分析。

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作者簡(jiǎn)介：

馬站輝（1987- ），男，山西長(zhǎng)治人，本科學(xué)歷，助理工程師，從事煤炭生產(chǎn)技術(shù)工作。