武毅藝謝生榮張玉

1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)能源與礦業(yè)學(xué)院,北京 100083;2.北京市應(yīng)急管理事務(wù)中心,北京 101101

在深井開采中,長服務(wù)年限的開拓巷道進(jìn)入深部巖層布置[1-2]。深部高應(yīng)力的賦存環(huán)境對(duì)井底車場軟巖巷道圍巖穩(wěn)定性造成了巨大影響[3-4],尤其是對(duì)于大斷面集中布置的巷道組?！芭１亲印毕锏澜徊睃c(diǎn)擁有斷面大、變截面、服務(wù)年限長及集中布置等不利于穩(wěn)定性的特點(diǎn)[5-6],而近距離連接的巷道交岔點(diǎn)組在深井環(huán)境下進(jìn)一步加劇了圍巖穩(wěn)定性的劣化。

深井巷道交岔點(diǎn)圍巖穩(wěn)定性的有效控制,需考慮高應(yīng)力、軟巖、層理弱面等實(shí)際圍巖條件及大斷面、變截面、集中布置等自身固有特點(diǎn),眾多學(xué)者針對(duì)巷道交岔點(diǎn)圍巖穩(wěn)定性控制原理進(jìn)行了廣泛研究。在交岔點(diǎn)圍巖穩(wěn)定性數(shù)值分析方面,曹日紅等[7-8]通過數(shù)值模擬分析了巷道不同的交叉角度對(duì)交叉段巷道圍巖穩(wěn)定的影響,并提出了應(yīng)變軟化本構(gòu)模型。何滿潮等[9]、王曉義等[10]利用數(shù)值模擬對(duì)深部軟巖交叉硐室群的開挖過程和應(yīng)力路徑進(jìn)行研究,認(rèn)為支巷和主巷的施工順序?qū)笃诮徊睃c(diǎn)圍巖穩(wěn)定性影響較大。趙維生等[11-12]針對(duì)交岔點(diǎn)開挖前的擾動(dòng)應(yīng)力場偏轉(zhuǎn)規(guī)律進(jìn)行研究,引入點(diǎn)安全系數(shù)法分析交叉角度和主應(yīng)力對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響。柴華彬等[13]提出,影響深部巷道交岔點(diǎn)圍巖穩(wěn)定性的顯著因素為埋深、平均側(cè)壓力系數(shù)、圍巖強(qiáng)度,其中巖體強(qiáng)度是最主要因素。在巷道交岔點(diǎn)圍巖控制技術(shù)方面,姜玉連等[14]研究了大斷面巷道交岔點(diǎn)在縮面期間頂板穩(wěn)定性及相應(yīng)的加強(qiáng)支護(hù)方案。齊干等[15]、李占金等[16]對(duì)深部軟巖新開巷道大斷面交岔點(diǎn)提出了錨網(wǎng)索耦合柔層桁架的支護(hù)方案,成功應(yīng)用到了鶴壁五礦。郭志飚等[17]現(xiàn)場勘查深部Y 型大斷面“牛鼻子”交岔點(diǎn)的變形情況,提出深部Y 型大斷面交岔點(diǎn)雙控錨桿支護(hù)技術(shù),在夾河礦成功應(yīng)用。王軍等[18-19]在華豐礦、清水營礦對(duì)深井強(qiáng)流變圍巖的巷道交岔點(diǎn)成功實(shí)施了鋼管混凝土組合支架支護(hù);何曉升等[20]設(shè)計(jì)了查干淖爾礦極軟巖巷道交岔點(diǎn)的鋼管混凝土支架支護(hù)形式。

上述學(xué)者對(duì)巷道交岔點(diǎn)的交叉角度、施工順序、集中布置等特性進(jìn)行了深入的數(shù)值模擬分析,并考慮了深埋高應(yīng)力、擾動(dòng)應(yīng)力、軟巖等外部環(huán)境的影響,得到了針對(duì)性的支護(hù)方案。實(shí)際上,巷道交岔點(diǎn)單一的簡化數(shù)值建模研究較成熟,但井底車場中的“牛鼻子”交岔點(diǎn)擁有明顯的變截面特性且經(jīng)常存在兩交岔點(diǎn)的配合使用,對(duì)其變截面的數(shù)值建模與交岔點(diǎn)組的穩(wěn)定性鮮有研究。本文以深井軟巖巷道交岔點(diǎn)組的圍巖控制為工程背景,對(duì)嵌套式變截面巷道交岔點(diǎn)組進(jìn)行精細(xì)化建模,并經(jīng)過網(wǎng)格優(yōu)化導(dǎo)入FLAC3D進(jìn)行模擬,研究交岔點(diǎn)組圍巖的垂直應(yīng)力分布規(guī)律、支承壓力的分布范圍、塑性破壞區(qū)疊加效應(yīng),同時(shí)分析變截面、大斷面等固有屬性及深部軟巖、穿層布置等外部環(huán)境對(duì)應(yīng)力和塑性區(qū)的影響,以探討圍巖大變形機(jī)理,從而得到合理的加強(qiáng)支護(hù)方案。

1 工程概況

1.1 深井嵌套式巷道交岔點(diǎn)生產(chǎn)地質(zhì)條件

如圖1所示,某礦井底車場北側(cè)位于3 號(hào)煤層下方,南側(cè)位于3 號(hào)煤層上方,埋深約760 m,地應(yīng)力測試其處于高構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)。井底車場所處的巖層北高南低,傾角12°,西高東低,傾角5°。嵌套式巷道交岔點(diǎn)組位于南側(cè),圍巖為砂質(zhì)泥巖與泥巖互層,圍巖分級(jí)為V 級(jí)不穩(wěn)定巖體。

圖1 巷道交岔點(diǎn)區(qū)域平面圖Fig.1 Area plan of roadway intersections

4 號(hào)交岔點(diǎn)為雙軌直線單開道岔交岔點(diǎn),最大斷面積為51.14 m2;3 號(hào)交岔點(diǎn)為無道岔交岔點(diǎn),屬于單開式分岔,最大斷面積為35.17 m2。兩交岔點(diǎn)的嵌套式連接,實(shí)現(xiàn)了由單方向行車轉(zhuǎn)變?yōu)槿齻€(gè)方向行車,成為井底車場必經(jīng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

1.2 深井嵌套式變截面巷道交岔點(diǎn)控制難點(diǎn)

現(xiàn)場嵌套式巷道交岔點(diǎn)的頂板破碎且下沉量大,幫部出現(xiàn)多處大寬度的裂縫,巷道支護(hù)體存在無效錨固,實(shí)際巷道斷面嚴(yán)重縮減,巷道變形破壞程度已嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。其圍巖控制有如下難點(diǎn):

(1) 近距離的嵌套式結(jié)構(gòu)。如圖2所示,4 號(hào)交岔點(diǎn)的支巷即為3 號(hào)交岔點(diǎn)的主巷,兩者形成嵌套式交岔點(diǎn)組。兩交岔點(diǎn)的連接距離僅有3.9 m,屬于近距離嵌套式結(jié)構(gòu),從而交岔點(diǎn)連接段巷道圍巖承受兩側(cè)的應(yīng)力擾動(dòng),造成強(qiáng)烈的應(yīng)力疊加。因此,在圍巖控制方面不僅要考慮兩側(cè)交岔點(diǎn)的大斷面圍巖控制,也要對(duì)連接段巷道進(jìn)行穩(wěn)定性加固。

圖2 嵌套式結(jié)構(gòu)的交叉點(diǎn)組Fig.2 Intersection group of nested structure

(2) 變截面、大斷面的固有屬性。交岔點(diǎn)所處圍巖相對(duì)軟弱、穩(wěn)定性差。3、4 號(hào)交岔點(diǎn)均為柱墻式交岔點(diǎn),擁有變截面、大斷面的雙重屬性。變截面是由“牛鼻子”交岔點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定的,大斷面則是根據(jù)通過交岔點(diǎn)的運(yùn)輸設(shè)備類型、運(yùn)輸線路、道岔型號(hào)及行人和安全間隙共同決定的[5]。因此,有效的支護(hù)需保證深井軟巖的環(huán)境下其變截面、大斷面的尺寸符合設(shè)計(jì)要求。

(3) 大范圍穿層的特性。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研情況,3、4 號(hào)巷道交岔點(diǎn)穿越泥巖和砂質(zhì)泥巖互層,兩巖層均為軟巖,交界區(qū)域巖石破碎、整體性差,如圖3所示。在此條件下,交岔點(diǎn)采用先掘砌好柱墩,再刷砌擴(kuò)大斷面的施工方法。在掘進(jìn)過程中,巷道成形質(zhì)量較差,其中3 號(hào)交岔點(diǎn)巷道頂板、幫部及底板均有穿層,4 號(hào)交岔點(diǎn)頂板存在穿層破碎帶。

圖3 巷道交岔點(diǎn)穿層情況示意圖Fig.3 Schematic diagram of crossing layer at roadway intersection

(4) 深部圍巖的強(qiáng)流變性。深部巷道圍巖存在變形大、變形時(shí)間長的強(qiáng)流變特性[21],而井底車場交岔點(diǎn)均屬于開拓巷道,需要長時(shí)間保持穩(wěn)固。深部的高應(yīng)力水平增大了圍巖破碎程度,降低巷道圍巖承載能力[22],使得支護(hù)體-圍巖相互作用效果減弱。因此,要綜合考慮深部環(huán)境、圍巖質(zhì)量及服務(wù)年限確定合理的支護(hù)方法。

1.3 原支護(hù)方案失效分析

深井嵌套式巷道交岔點(diǎn)組及其連接段巷道的原支護(hù)方式為錨網(wǎng)索噴+雙鋼筋梯子梁支護(hù),錨桿采用MSGW-500 型高強(qiáng)樹脂錨桿,直徑為22 mm,長度為2 400 mm,間排距為800 mm×800 mm;錨索型號(hào)為SKP18.9-1×7/1860,長度為8 300 mm,間排距為1 600 mm×800 mm?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)多根錨索崩斷、錨具退錨失效,且一次支護(hù)段噴漿層出現(xiàn)不同程度的裂縫、掉塊及開裂脫落。調(diào)研分析失效的主要原因有:

(1) 嵌套式結(jié)構(gòu)存在局部強(qiáng)應(yīng)力集中,塑性區(qū)范圍發(fā)生疊加,原支護(hù)錨固深度不足;

(2) 錨索支護(hù)強(qiáng)度不足,致使常發(fā)生錨索崩斷,支護(hù)質(zhì)量差;

(3) 錨索支護(hù)體間距過大,未與圍巖有效作用形成整體承載結(jié)構(gòu);

(4) 深井高地應(yīng)力促進(jìn)圍巖淺部裂隙多發(fā)育,致使淺部錨桿支護(hù)失效。

2 深井嵌套式交岔點(diǎn)組圍巖穩(wěn)定性模擬分析

2.1 嵌套式變截面巷道交岔點(diǎn)精細(xì)化建模

根據(jù)嵌套式變截面巷道交岔點(diǎn)組的結(jié)構(gòu)、地質(zhì)特點(diǎn),進(jìn)行嵌套結(jié)構(gòu)和變截面的精細(xì)化數(shù)值建模,如圖4所示。模型的長×寬×高為85 m×70 m×60 m,模型中巖層的傾角及巖性均根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件設(shè)定。

圖4 嵌套式變截面交岔點(diǎn)精細(xì)化數(shù)值模型Fig.4 Accurate numerical model for nested variable section intersection points

嵌套式交岔點(diǎn)組處在-760 m 水平,模型四周及底部固定,上表面施加17.6 MPa 的上覆巖層均布荷載,初始應(yīng)力按實(shí)際埋深計(jì)算,側(cè)壓系數(shù)為1.2。模型中兩交岔點(diǎn)的截面尺寸按照設(shè)計(jì)尺寸建立。由此,模型的中嵌套式交岔點(diǎn)組的穿層效果即可得出,且與現(xiàn)場調(diào)研情況基本一致。

2.2 嵌套式交岔點(diǎn)組圍巖應(yīng)力軸向分區(qū)特征

由數(shù)值運(yùn)算得到,嵌套式變截面巷道交岔點(diǎn)組圍巖垂直應(yīng)力的空間分布狀態(tài)如圖5所示。在嵌套式交岔點(diǎn)組主巷軸向典型位置做應(yīng)力切面,從而分析垂直應(yīng)力在軸向的分區(qū)特征。

如圖5所示,由于嵌套式巷道交岔點(diǎn)穿過兩巖層的交互層,通過后處理調(diào)取巷道交岔點(diǎn)表面受力云圖,可得在穿層位置應(yīng)力傳遞呈現(xiàn)明顯的不連續(xù)性。

由構(gòu)建的三維應(yīng)力等勢面可知,嵌套式交岔點(diǎn)圍巖應(yīng)力升高區(qū)范圍相比單條巷道增大近2 倍,尤其是三角巖柱,應(yīng)力升高區(qū)范圍最廣。

圖5(a)為主巷的最大截面處,應(yīng)力集中區(qū)在巷道兩幫,最大應(yīng)力為28.3 MPa。

圖5(b)～(d)展示4 號(hào)交岔點(diǎn)主巷與支巷交叉處圍巖截面的垂直應(yīng)力。由于兩巷平面垂直交叉,對(duì)應(yīng)軸向距離僅12 m,故其三角巖柱應(yīng)力在軸向短距離內(nèi)存在“交叉處的應(yīng)力釋放→三角巖柱內(nèi)的應(yīng)力疊加→完成交叉后的應(yīng)力恢復(fù)”三個(gè)區(qū)域。

圖5 嵌套式交岔點(diǎn)組軸向圍巖垂直應(yīng)力截面Fig.5 Vertical stress section of axial surrounding rock in nested intersection group

圖5(e)～(h)為3 號(hào)交岔點(diǎn)主巷與支巷交叉處圍巖的垂直應(yīng)力,兩巷夾角為53.6°,交叉處角度縮小為25°,對(duì)應(yīng)軸向距離增至21.3 m,該段主巷圍巖的應(yīng)力處在疊加狀態(tài)。主巷的左幫圍巖,即三角巖柱側(cè)的垂直應(yīng)力沿軸向同樣存在“釋放—疊加—恢復(fù)”三個(gè)區(qū)域,但每個(gè)區(qū)域均對(duì)應(yīng)較長的軸向距離,如圖5(h)所示,水平距離大于30 m 的主巷與支巷仍有相鄰側(cè)的應(yīng)力疊加。

2.3 嵌套式交岔點(diǎn)組圍巖應(yīng)力豎向分布狀態(tài)

對(duì)模型做豎向不同位置的水平切片(圖6),可研究嵌套式交岔點(diǎn)組圍巖應(yīng)力在豎向的分布狀況(圖7)。

圖6 應(yīng)力的水平切片F(xiàn)ig.6 The horizontal slices of stress

圖7(a)所示巷道交岔點(diǎn)底板應(yīng)力分布中,僅有3 號(hào)交岔點(diǎn)三角巖柱的尖角處應(yīng)力最高,可達(dá)

33.5 MPa。

圖7(b)(c)表示巷道交岔點(diǎn)幫部“1 m 水平”和“2.5 m 水平”的應(yīng)力狀態(tài)。3 號(hào)交岔點(diǎn)三角巖柱的尖角處應(yīng)力依舊保持在峰值狀態(tài),最高可達(dá)35 MPa,同時(shí)4 號(hào)交岔點(diǎn)三角巖柱尖角處的應(yīng)力值急劇增大。

圖7(d)為巷道交岔點(diǎn)肩部“4 m 水平”的應(yīng)力狀態(tài)。3 號(hào)交岔點(diǎn)三角巖柱的應(yīng)力快速降低,而4號(hào)交岔點(diǎn)三角巖柱應(yīng)力逐漸降低,但仍在33.2 MPa 的高應(yīng)力水平。

圖7(e)(f)表示巷道交岔點(diǎn)肩部“5 m 水平”到頂部“6.5 m 水平”,應(yīng)力峰值逐漸降低,同一水平的應(yīng)力隨著巷道截面變大而數(shù)值上升,最大斷面處巷道圍巖應(yīng)力相對(duì)最高。

圖7 嵌套式交岔點(diǎn)組豎直方向應(yīng)力分布狀態(tài)Fig.7 Stress distribution in plumb direction of nested intersection point group

綜上分析,由巷道交岔點(diǎn)底板至頂板,3、4 號(hào)交岔點(diǎn)圍巖應(yīng)力為“低→高→峰值→高→低”的分布,巷道交叉角度越小,應(yīng)力峰值越高;巷道截面越大,應(yīng)力集中區(qū)在豎向的分布范圍越大。

2.4 嵌套式交岔點(diǎn)組三角巖柱支承壓力研究

為研究嵌套式交岔點(diǎn)組形成的4 個(gè)三角巖柱區(qū)域(A、B、C 和D 區(qū))支承壓力的狀況,選取6 組典型的應(yīng)力值,觀測支承壓力值的分布范圍,并沿三角巖柱對(duì)角線方向測量其寬度,得到支承壓力在三角巖柱的影響范圍、演化規(guī)律及峰值區(qū)位置,如圖8所示。

圖8 三角巖柱的不同支承壓力分布Fig.8 Different abutment pressure distribution of triangular rock pillar

不同數(shù)值的支承壓力在4 個(gè)區(qū)域內(nèi)分布及演化不同,對(duì)比分析如下:

(1) 在相同支承壓力值下,銳角的三角巖柱支承壓力區(qū)域范圍最大,其次是直角的三角巖柱,鈍角的三角巖柱最小,差別可達(dá)3 倍以上。

(2) 銳角的三角巖柱應(yīng)力峰值區(qū)距離頂點(diǎn)的距離最大,角度越小距離越大;同時(shí),銳角的三角巖柱中應(yīng)力集中程度最高。

(3) 對(duì)于巷道圍巖支承壓力區(qū)的寬度、最大支承壓力值,變截面巷道段均大于正常截面巷道段。

(4) 三角巖柱的支承壓力在對(duì)角線方向下降最快,在邊線方向下降較慢。通過距離監(jiān)測得到其在對(duì)角線方向的下降趨勢,如圖9所示。隨著支承壓力的增加,支承壓力區(qū)在三角巖柱對(duì)角線方向的長度先快速減小后緩慢減小,降低趨勢與巷道交叉角度關(guān)聯(lián)不大。

圖9 三角巖柱對(duì)角線的支承壓力Fig.9 Abutment pressure in the diagonal direction of the triangular column

2.5 嵌套式交岔點(diǎn)組圍巖塑性區(qū)多重疊加規(guī)律

深部穿層嵌套式“牛鼻子”巷道交岔點(diǎn)圍巖的塑性區(qū)異于穿尖交岔點(diǎn),其具有三大特點(diǎn):塑性區(qū)多重疊加性、塑性區(qū)穿層差異性和塑性區(qū)隨截面漸變性。如圖10所示,根據(jù)三維數(shù)值模型中的塑性區(qū)結(jié)果,沿巷道軸向典型位置做8 組塑性區(qū)切片,對(duì)比得到塑性區(qū)多重疊加規(guī)律如下:

(1) 交岔點(diǎn)軸向由主巷至變截面段的圍巖塑性區(qū)寬度逐漸變大,其中主巷頂板塑性區(qū)寬度為2.83 m,沿軸向在交岔點(diǎn)最大截面處增至5.88 m,斷面積增長了2.2 倍,塑性區(qū)寬度增長了2 倍。

(2) 嵌套式連接的兩交岔點(diǎn)的塑性區(qū)在連接段巷道發(fā)生多重疊加,包括其前、后變截面段巷道及支巷的塑性區(qū)。如圖10(d)(e)截面,連接段巷道頂板塑性區(qū)疊加寬度在6.10 m 以上,最大可達(dá)6.41 m,是補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的重點(diǎn)控制區(qū)域。

(3) 巷道頂板存在軟硬巖層交界面,圍巖塑性區(qū)出現(xiàn)穿層差異性,如圖10(e)(h)所示。塑性區(qū)在兩巖層間明顯不連續(xù),堅(jiān)硬頂板使得塑性區(qū)向兩幫擴(kuò)展,巷道肩部塑性區(qū)寬度最大。

圖10 嵌套式巷道交岔點(diǎn)組圍巖塑性區(qū)截面Fig.10 Plastic zone section of surrounding rock of nested roadway intersection group

(4) 整個(gè)嵌套式交岔點(diǎn)組的塑性區(qū)在變截面巷道段及兩交岔點(diǎn)連接段范圍急劇擴(kuò)大,頂板及肩部塑性區(qū)寬度普遍增至5 m 以上,局部區(qū)域保持在6 m 以上。主巷增長系數(shù)范圍為1.7～2.18,由此對(duì)深井嵌套式交岔點(diǎn)組加強(qiáng)支護(hù)區(qū)域和參數(shù)的確定提供參考。

3 深井嵌套式交岔點(diǎn)組圍巖分段錨注強(qiáng)化控制技術(shù)

3.1 嵌套式交岔點(diǎn)組分段強(qiáng)化支護(hù)方案

由于嵌套式交岔點(diǎn)組圍巖存在穿層破碎帶、局部強(qiáng)應(yīng)力集中區(qū)及大范圍塑性區(qū)疊加,圍巖支護(hù)條件差,故考慮對(duì)圍巖進(jìn)行注漿改性。先采用中空注漿錨索進(jìn)行深孔高壓注漿,充填圍巖裂隙以強(qiáng)化圍巖,為錨桿索提供錨固基礎(chǔ)[23]。配合使用高延伸率長錨索,實(shí)現(xiàn)深孔強(qiáng)力錨固并增強(qiáng)對(duì)圍巖變形的限制[24]。同時(shí),根據(jù)交岔點(diǎn)的變截面特性,控制錨索間距在800 mm 左右,巷道頂板及幫部全部采用錨索支護(hù),兩底角采用高強(qiáng)樹脂錨桿。由此形成高強(qiáng)錨桿索分段錨注強(qiáng)化控制方案,對(duì)3、4 號(hào)交岔點(diǎn)變截面段及其連接段進(jìn)行圍巖錨注一體化控制強(qiáng)化支護(hù),支護(hù)參數(shù)如圖11所示。

圖11 分段強(qiáng)化支護(hù)方案參數(shù)Fig.11 Parameters of segmental reinforcement support scheme

具體實(shí)施方案如下:

(1) 對(duì)原支護(hù)下的大變形巷道進(jìn)行整體擴(kuò)刷、清理,達(dá)到原設(shè)計(jì)斷面尺寸要求。

(2) 采用高延伸率錨索(型號(hào)SKP22-1×19/1860,長度8 300 mm) 與中空注漿錨索(型號(hào)SKZ29-1/1770,長度9 300 mm)以800 mm 間距交替布置。同時(shí),巷道兩側(cè)底角處采用高強(qiáng)樹脂錨桿(型號(hào)MSGLW500,長度2 400 mm),整體排距為800 mm。

(3) 錨桿托板為拱形高強(qiáng)度托盤(10 mm×150 mm×150 mm),錨索托盤為高強(qiáng)拱形托盤(20 mm×300 mm×300 mm),配套高強(qiáng)度可調(diào)心半球、鎖具,金屬網(wǎng)為?6.5 mm 的鋼筋焊接制作,錨桿錨索托盤橫縱之間采用雙鋼筋梯子梁連接。

(4) 噴射混凝土支護(hù)厚度120 mm,混凝土等級(jí)為C20。

通過上述方案的實(shí)施,實(shí)現(xiàn)對(duì)三段巷道頂板、幫部圍巖的錨注一體化控制。

3.2 支護(hù)預(yù)應(yīng)力場分析

加強(qiáng)支護(hù)方案與原方案的FLAC3D模擬預(yù)應(yīng)力場,如圖12所示。由圖12(a)可知,原支護(hù)方案的錨索間距過大,錨索間的預(yù)應(yīng)力連接弱,與淺部錨桿形成的應(yīng)力結(jié)構(gòu)明顯分離,致使圍巖深部錨固性差,淺部應(yīng)力拱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低。相比之下,圖12(b)所示的加強(qiáng)支護(hù)方案的預(yù)應(yīng)力場結(jié)構(gòu)完整,800 mm 的間距使得每根錨索產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力場相互有效膠結(jié),形成厚層強(qiáng)化壓應(yīng)力拱,顯著改善圍巖整體性,從而積極發(fā)揮圍巖的自承載能力,達(dá)到強(qiáng)力控頂固幫的巷道支護(hù)效果。

圖12 支護(hù)預(yù)應(yīng)力場對(duì)比Fig.12 Comparison of supporting prestress field

3.3 現(xiàn)場支護(hù)效果觀測

為了對(duì)加強(qiáng)支護(hù)效果進(jìn)行觀測,對(duì)交岔點(diǎn)變截面段及連接段進(jìn)行鉆孔窺視,孔內(nèi)7.4 m 內(nèi)巖層被注漿改性后完整性較好,8.3 m 的縱向裂隙寬度變小,無明顯的橫向裂隙,總體上13.4 m 內(nèi)巖層比較完整。同時(shí),結(jié)合現(xiàn)場巷道頂板下沉量監(jiān)測數(shù)據(jù),40 d 時(shí)收斂速率大約為0.05 mm/d,說明加強(qiáng)支護(hù)的形式與參數(shù)能夠有效控制深井嵌套式交岔點(diǎn)組圍巖的變形,保證了開拓巷道圍巖的長期穩(wěn)定。

4 結(jié) 論

(1) 深井嵌套式連接的交岔點(diǎn)組三角巖柱的應(yīng)力在軸向存在“釋放—集中—恢復(fù)”的演化過程,主巷和支巷交叉角度越小,應(yīng)力演化過程在軸向的距離越長,支承壓力峰值及范圍越大。

(2) 交岔點(diǎn)巷道不同交叉角度對(duì)巷道圍巖垂直應(yīng)力變化的影響,由底板至頂板過程中逐漸降低;變截面巷道隨著截面的逐漸增大,圍巖應(yīng)力集中范圍在橫向與豎向均增大。

(3) 深井穿層嵌套式巷道交岔點(diǎn)組的塑性區(qū)在連接段發(fā)生多重疊加,寬度增加兩倍以上,同時(shí)存在明顯的穿層不連續(xù)狀況,并在變截面巷道段及兩交岔點(diǎn)連接段范圍急劇擴(kuò)大。

(4) 以中空注漿錨索為主的錨固強(qiáng)化方案在預(yù)應(yīng)力場上可構(gòu)建厚層強(qiáng)化壓應(yīng)力拱結(jié)構(gòu),顯著改善圍巖整體性并提高自承載能力,經(jīng)現(xiàn)場窺視與監(jiān)測,加強(qiáng)支護(hù)有效保障了深井交岔點(diǎn)組圍巖的穩(wěn)定。