張文鵬

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)寺河礦， 山西 晉城 048000）

引言

近幾年，由于煤礦綜采作業(yè)持續(xù)加深，并且井下的巷道圍巖所在的位置是高應(yīng)力集中區(qū)，在對(duì)巷道進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，之前應(yīng)力所處的平衡情況被打破，釋放了圍巖所積累的所有應(yīng)力，而且圍巖的性質(zhì)用塑性替換了脆性，主要受地壓所帶來(lái)的沖擊與開(kāi)采擾動(dòng)的影響，這一特征提高了流變，很容易出現(xiàn)垮塌與變形在巷道的圍巖中，對(duì)巷道進(jìn)行掘進(jìn)的安全性與進(jìn)程產(chǎn)生影響。之前的支護(hù)計(jì)劃不能符合大深度礦井下巷道的支護(hù)關(guān)于安全方面的要求。

以學(xué)者的相關(guān)研究為基礎(chǔ)，將大深度礦井地質(zhì)的實(shí)際狀況相結(jié)合，本文分析了大深度礦井圍巖發(fā)生破壞的原因，并以此為基礎(chǔ)，提出了一種以高強(qiáng)度錨索網(wǎng)支護(hù)為基礎(chǔ)配合井下注漿加固的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)并展開(kāi)研究。

1 大深度礦井圍巖發(fā)生破壞的主要原因

把大深度礦井當(dāng)作研究對(duì)象，在該礦井中的綜采深度大概是1260 m。經(jīng)過(guò)選取井下水在小孔徑的壓力導(dǎo)致裂地應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置，可以監(jiān)測(cè)井下巷道實(shí)時(shí)的地應(yīng)力狀況，監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力在所有測(cè)點(diǎn)都在30 MPa 以上，應(yīng)力在每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布主要是水平應(yīng)力分布，造成了應(yīng)力場(chǎng)有比較廣的分布，而且圍巖都以高應(yīng)力的分布要求之下[1-2]。對(duì)巷道圍巖結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度的分析使用的是對(duì)鉆孔進(jìn)行測(cè)試的計(jì)劃，其結(jié)果得知，礦井的深度比較深時(shí)，圍巖的強(qiáng)度有比較大的波動(dòng)，其原因是因?yàn)閹r層隨著賦存深度的增加而有明顯的變化，圍巖中的應(yīng)力分布非常不均勻，并且?guī)r石是破碎非常不穩(wěn)定。根據(jù)上面的分析得知，大深度礦井圍巖發(fā)生破壞的原因主要為井下圍巖有比較高的破碎度、比較弱的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，失穩(wěn)極易自高應(yīng)力的作用中產(chǎn)生。圖1 就是井下圍巖采樣結(jié)果。

圖1 井下圍巖采樣結(jié)果

2 井下聯(lián)合支護(hù)的應(yīng)用

關(guān)于井下圍巖發(fā)生破壞的主要原因，按照主動(dòng)支護(hù)原則，根據(jù)巷道支護(hù)的經(jīng)濟(jì)性與效率的要求，提出井下聯(lián)合支護(hù)的技術(shù)，該技術(shù)是一種以高強(qiáng)度錨索網(wǎng)支護(hù)為基礎(chǔ)配合井下注漿加固的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。

當(dāng)選取高強(qiáng)度錨桿支護(hù)頂板時(shí)，該錨桿的規(guī)格是為Φ22 mm×2400 mm，當(dāng)錨固過(guò)程中，選取的錨固計(jì)劃是樹(shù)脂的加長(zhǎng)錨固，錨固的總長(zhǎng)度在1800 mm 以上，當(dāng)做側(cè)幫防護(hù)的是利用鋼板，并且是W型，當(dāng)做上側(cè)防護(hù)的是鋼筋并且加密，在設(shè)置錨桿時(shí)，其排距是800 mm，1 排就設(shè)置10～16 個(gè)錨桿，設(shè)置錨固的預(yù)緊力是150 kN。

由于要把支護(hù)的效率提高，在安裝錨索時(shí)共同使用注漿孔與錨索孔，先設(shè)置注漿，注漿結(jié)束之后，在對(duì)錨索進(jìn)行設(shè)置，使施工效率得到了提高。錨索使用的高強(qiáng)度剛絞線預(yù)應(yīng)力，其規(guī)格是Φ22 mm×4300 mm，1 根剛絞線是由19 股構(gòu)成，在錨固錨索時(shí)選取的是樹(shù)脂藥卷，并且錨固的長(zhǎng)度在1800 mm以上，排距是800 mm，1 排設(shè)置5 根錨索，設(shè)置錨固的預(yù)緊力是250 kN，在完成設(shè)置之后，就可以把錨索全部錨固起來(lái)。當(dāng)支護(hù)底板時(shí)，由于要把井下的物料類(lèi)別減少、把操作效率提高，錨索選取的剛絞線與上面所述的相同，構(gòu)成也相同。由于要更深層次的把抗變形能力提高，并把繩套設(shè)置到錨索的末尾，把固定結(jié)構(gòu)設(shè)置到錨固范圍的下面，用來(lái)把錨索其底板的固定力提高。同時(shí)使用底板中的注漿孔與錨索孔，直徑是50 mm。第一就是錨索固定選取的是樹(shù)脂錨固劑，主要用于設(shè)置錨索的張緊力，繼而錨固全段使用的是水泥注漿，設(shè)置的錨索依照的是1000 mm×1000 mm，錨索都垂直于底板[3-4]。

當(dāng)進(jìn)行錨固時(shí)，應(yīng)該把注漿料所具備的凝固速度與流動(dòng)性考慮進(jìn)來(lái)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得知，注漿料選用的是硅酸鹽水泥，設(shè)置的水與灰的比例是0.7∶1，當(dāng)注漿過(guò)程中，設(shè)置的壓力是13 MPa，選取分層注漿計(jì)劃，保證圍巖裂縫中有滲人的漿液，并實(shí)現(xiàn)凝固。比較好的支護(hù)效果、比較好的強(qiáng)化效果、比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)是聯(lián)合支護(hù)計(jì)劃所具有的有點(diǎn)。圖2 就是井下巷道綜合支護(hù)方案圖。

圖2 井下巷道綜合支護(hù)方案圖（單位：mm）

3 應(yīng)用效果分析

由于要驗(yàn)證使用該綜合支護(hù)計(jì)劃的效果，當(dāng)巷道相同時(shí)，對(duì)比分析以下面幾種使用效果，分別是“井下注漿加固+高強(qiáng)度錨索網(wǎng)支護(hù)”、只注漿加固、沒(méi)有支護(hù)，圖3 為不同支護(hù)效果情況下圍巖變化情況圖。

從圖3 可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)沒(méi)有支護(hù)時(shí)，井下巷道中的頂板的位移最大量為782 mm 左右；在選取注漿加固之后，其頂板位移的最大量為445 mm 左右；在選取“井下注漿加固+高強(qiáng)度錨索網(wǎng)支護(hù)”之后，其頂板位移的最大量是270 mm，和巷道沒(méi)有支護(hù)時(shí)的位移量進(jìn)行比較下降高于65.5%。

圖3 不同支護(hù)效果情況下圍巖變化情況

當(dāng)沒(méi)有支護(hù)時(shí)，井下巷道中的側(cè)幫位移最大量大概是778 mm；在選取注漿加固之后，其側(cè)幫位移最大量大概是460mm；在選取“井下注漿加固+高強(qiáng)度錨索網(wǎng)支護(hù)”之后，其側(cè)幫位移最大量只是280 mm，和巷道沒(méi)有支護(hù)時(shí)的位移量進(jìn)行比較下降高于64.1%。

4 結(jié)語(yǔ)

關(guān)于巷道嚴(yán)重變形，比較大的地壓沖擊的狀況出現(xiàn)在大深度礦井中，以井下圍巖發(fā)生破壞的主要原因?yàn)榛A(chǔ)，提出新型的支護(hù)技術(shù)，經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)：造成大深度礦井圍巖發(fā)生破壞的原因主要為較弱的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、較高的破碎度，由于高應(yīng)力的作用而有失穩(wěn)現(xiàn)象出現(xiàn)。注漿料選取的是硅酸鹽水泥，設(shè)置的水與灰的比例是0.7∶1，在注漿過(guò)程中，會(huì)選取的注漿計(jì)劃是分層注漿，保證圍巖裂縫中有滲入的漿液，并實(shí)現(xiàn)凝固。應(yīng)用新支護(hù)技術(shù)后，頂板位移最大量下降在65.5%左右，側(cè)幫的位移最大量下降了64.1%，巷道變形現(xiàn)象明顯變小，更好地保障了礦井安全生產(chǎn)。