陳丁彰

【摘 要】 針對(duì)深部軟巖巷道圍巖發(fā)生顯著變形以及軟巖巷道圍巖支護(hù)困難的情況，本文基于圍巖強(qiáng)度理論和數(shù)值模擬結(jié)果分析了深部軟巖巷道圍巖變形機(jī)制，并結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)提出了“錨網(wǎng)索+注漿+U型鋼支架”的聯(lián)合支護(hù)方案，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：采用該聯(lián)合支護(hù)方案后，巷道圍巖變形量得到了有效控制。

【關(guān)鍵詞】 深部軟巖巷道;變形機(jī)制;聯(lián)合支護(hù);圍巖控制

【中圖分類號(hào)】 TD32 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2096-4102（2021）05-0004-02

目前煤礦開(kāi)采逐漸向深部發(fā)展，由此帶來(lái)的地應(yīng)力大、地溫高、地質(zhì)環(huán)境較差等問(wèn)題，導(dǎo)致深部軟巖巷道圍巖發(fā)生顯著變形以及軟巖巷道圍巖支護(hù)困難的情況，嚴(yán)重制約著深部礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)與利用。因此許多專家學(xué)者在高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)方面進(jìn)行了大量研究，孟慶彬等對(duì)深部高應(yīng)力破碎軟巖巷道圍巖的變形機(jī)理進(jìn)行了研究，并提出了“錨網(wǎng)索噴+U型鋼支架+注漿+底板錨注”的支護(hù)方式。宋沛鑫采用錨網(wǎng)索+注漿+錨注+噴漿的支護(hù)方式控制動(dòng)壓影響下的軟弱泥巖巷道圍巖的變形，并驗(yàn)證了其可行性。許文靜分析了巷道動(dòng)壓對(duì)巷道圍巖支護(hù)影響。本文依據(jù)以上專家學(xué)者的研究成果，針對(duì)某礦高應(yīng)力軟巖巷道的工程地質(zhì)特點(diǎn)，提出了“錨網(wǎng)索+注漿+U型鋼支架”的聯(lián)合支護(hù)方案，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了該聯(lián)合支護(hù)方案的可行性，此研究結(jié)果可為類似工程地質(zhì)條件下的高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)技術(shù)提供借鑒與參考。

1工程概況

某礦主要運(yùn)輸巷道埋深900m，巷道圍巖主要為泥巖及粉砂巖，主要呈灰黑色、薄層狀結(jié)構(gòu)，巖石強(qiáng)度較低，且地應(yīng)力較高，同時(shí)運(yùn)輸巷道的斷面相對(duì)較大，屬于典型的高應(yīng)力軟巖巷道。鉆孔柱狀圖及煤巖體力學(xué)參數(shù)如圖1和表1所示。

巷道原支護(hù)主要采用“錨桿+錨索+鋼帶”支護(hù)方案，支護(hù)參數(shù)如下：巷道拱部、幫部采用φ22×2500 mm螺紋錨桿，錨桿間排距為800mm×800mm，錨索采用φ22×6500mm樹(shù)脂錨索，間排距為1200×1200mm;巷道兩幫錨桿規(guī)格為φ22×2500 mm，錨桿間排距為600×600mm，每根幫錨桿配套使用CKφ23×500mm，1卷/眼，托盤采用150×150×10mm正方形碗狀鋼托盤;鋼筋網(wǎng)采用φ8mm鋼筋網(wǎng)，間距為200×200mm。

2高應(yīng)力軟巖巷道變形機(jī)理

2.1圍巖強(qiáng)度特性

由于高應(yīng)力軟巖巷道圍巖的巖體強(qiáng)度較低以及賦存的高地應(yīng)力，導(dǎo)致巷道支護(hù)難度較大，其主要控制因素為圍巖體的巖性特征，軟巖巷道圍巖的巖體與水易發(fā)生反應(yīng)，出現(xiàn)泥化、崩裂等現(xiàn)象。如果未采用有效的支護(hù)方式進(jìn)行控制，巷道圍巖將在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生變形最終導(dǎo)致失穩(wěn)破壞。同時(shí)巖體中的膨脹性黏土礦物成分也會(huì)發(fā)生吸水或失水現(xiàn)象，導(dǎo)致巷道圍巖發(fā)生膨脹收縮，加劇了巷道圍巖的破壞程度。

2.2圍巖流變特性

由于高應(yīng)力軟巖巷道圍巖的流變特性使得巷道圍巖易發(fā)生破壞或者失穩(wěn)。為探究不同高應(yīng)力下軟巖巷道圍巖的流變特性所造成的圍巖變形破壞程度，根據(jù)某礦主要運(yùn)輸巷道具體賦存條件及煤巖體力學(xué)參數(shù)特征，選用FLAC3D軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析。所建模型尺寸為60m×50m，模型共劃分為65451個(gè)單元，78154個(gè)節(jié)點(diǎn)。所建模型的邊界條件為：模型左右邊界以及模型上端面設(shè)置為應(yīng)力邊界條件，根據(jù)巷道不同埋深，在模型的頂面施加載荷，模型前后面以及底面為位移邊界;模型計(jì)算時(shí)采用Burgers本構(gòu)模型。同時(shí)對(duì)巷道圍巖的巖層簡(jiǎn)化為水平，不考慮巖體的自重;假定圍巖三向的應(yīng)力值相同，側(cè)壓力系數(shù)取值為1.2，模型內(nèi)等間距布置錨桿索。

不同埋深下巷道圍巖流變特性曲線如圖2、圖3、圖4所示。

由圖2、圖3、圖4可知：隨著巷道埋深的加大，巷道頂板及巷道幫部的變形量也隨之增大，并在開(kāi)挖后的60天后變形量達(dá)到最大值并逐漸趨于穩(wěn)定;隨著巷道埋深的加大，巷道圍巖的流變特性也隨之增大，且頂板變形量的增加率最大，幫部變形量的增加率次之，底板變形量的增加率最小，控制巷道底板變形過(guò)大是整個(gè)巷道圍巖穩(wěn)定性的關(guān)鍵。巷道底板的變形量如果過(guò)大，將直接影響到巷道頂板和巷道幫部的穩(wěn)定，所以應(yīng)加強(qiáng)巷道底板的支護(hù)強(qiáng)度。

3優(yōu)化支護(hù)方案

基于該礦的工程地質(zhì)條件以及深部軟巖巷道變形機(jī)理，并結(jié)合運(yùn)輸巷道的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)原支護(hù)方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了“錨網(wǎng)索+注漿+U型鋼支架”的聯(lián)合支護(hù)方案，同時(shí)還對(duì)巷道底板進(jìn)行了錨網(wǎng)索+注漿的加固。

巷道拱部、幫部采用φ22×2500 mm左旋無(wú)縱筋螺紋錨桿，錨桿間排距為800mm×800mm，錨索采用φ22×6500mm錨索，使用鋼絞線制作，間排距為1200×1200mm;巷道兩幫錨桿規(guī)格為φ22×2500 mm，錨桿間排距為800×800mm，每根幫錨桿配套使用CKφ23×500mm，1卷/眼，托盤采用150×150×10mm正方形碗狀鋼托盤;鋼筋網(wǎng)采用φ8mm鋼筋網(wǎng)，間距為200×200mm;鋼支架采用U36的工字鋼;采用“高壓深孔滲透注漿+低壓淺孔充填注漿”技術(shù)進(jìn)行分次注漿，注漿范圍為5.0m左右。

在運(yùn)輸巷道內(nèi)采用優(yōu)化支護(hù)方案進(jìn)行支護(hù)并布置JSS30A數(shù)顯收斂計(jì)監(jiān)測(cè)巷道圍巖拱部圍巖的的變形，根據(jù)所得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的平均值繪制原支護(hù)方案與優(yōu)化支護(hù)方案的圍巖變形量曲線圖，如圖5所示。

由圖5可以看出，采用優(yōu)化支護(hù)方案后巷道穩(wěn)定后巷道底部最大變形量約為17.1mm，相比于原支護(hù)方案巷道底部最大變形量減小了約65.1%，表明巷道圍巖變形得到了有效的控制。

4結(jié)論

文章對(duì)高應(yīng)力軟巖巷道的變形機(jī)理進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。模擬結(jié)果顯示：隨巷道埋深的加大，巷道圍巖的流變特性也隨之增大，控制巷道底板變形過(guò)大是整個(gè)巷道圍巖穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

方案優(yōu)化了巷道原支護(hù)參數(shù)，提出了“錨網(wǎng)索+注漿+U型鋼支架”聯(lián)合支護(hù)方式。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐結(jié)果表明采用聯(lián)合支護(hù)方式后可有效控制高應(yīng)力下軟巖巷道的圍巖變形，保證巷道的穩(wěn)定性。

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