高應(yīng)力破碎軟巖高強(qiáng)穩(wěn)定型支護(hù)技術(shù)探討

1、高應(yīng)力破碎軟巖高強(qiáng)穩(wěn)定型支護(hù)技術(shù)探討 摘 要通過對許疃煤礦-500m水平軌道石門交叉點在高應(yīng)力破碎軟巖條件下的支護(hù)技術(shù)難題進(jìn)行研究，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，提出了高強(qiáng)穩(wěn)定型棚索協(xié)同支護(hù)技術(shù)方案，有效控制了巷道的不利變形，取得了良好的支護(hù)效果，為今后礦井高應(yīng)力破碎軟巖巷道支護(hù)提供了可靠的技術(shù)保障。 關(guān)鍵詞高應(yīng)力 軟巖 棚索協(xié)同支護(hù) 技術(shù)保障 中圖分類號：td353 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 文章編號：1009-914x（2016）13-0086-02 0、前言 在煤礦軟巖巷道中，高應(yīng)力破碎軟巖巷道占有相當(dāng)大的比例。高應(yīng)力破碎軟巖巷道中支護(hù)結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)是導(dǎo)致巷道失穩(wěn)、破壞的重要原因。在高應(yīng)力破碎軟巖巷道中，許多情況

2、下錨網(wǎng)支護(hù)難以形成可靠的承載結(jié)構(gòu)，而高阻可縮u型鋼支架又無法適應(yīng)圍巖的強(qiáng)烈變形。 許疃煤礦-500m水平軌道石門是礦井-500m水平的主要開拓巷道，近兩年受巷道上方孤島煤柱上高支承壓力影響，-500m水平軌道石門交叉點附近巷道變形強(qiáng)烈，主要表現(xiàn)為：巷道噴層大量開裂，頂板下沉；兩幫內(nèi)移，卡纜螺栓斷裂，棚腿強(qiáng)烈彎曲變形，部分出現(xiàn)跪腿；巷道底鼓強(qiáng)烈；支架向一側(cè)嚴(yán)重偏斜，部分巷道出現(xiàn)全段面收縮。若不對-500m水平軌道石門影響段采取及時、有效地加固措施，將對礦井安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。 根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本論文提出了棚-索協(xié)同支護(hù)，將具備高阻可縮特性的u型鋼支架作為基本支護(hù)，利用其提供的較高支護(hù)阻力提高

3、巷道淺部破碎巖體的殘余強(qiáng)度，并將u型鋼支架作為小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索的高強(qiáng)護(hù)表構(gòu)件，發(fā)揮錨索的錨固性能，在充分發(fā)揮深部穩(wěn)定巖體承載能力的同時，實現(xiàn)對u型鋼支架的合理結(jié)構(gòu)補(bǔ)償，提高支架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及其承載能力。 1、工程概況 許疃煤礦主采煤層為71、72和82煤層，-500m水平軌道石門交叉點絕大部分位于72煤層底板巖層中，部分巷道穿過82煤層，進(jìn)入82煤層底板，巷道圍巖巖性以泥巖和煤為主。隨著巷道附近工作面的回采，-500m水平軌道石門及交叉點上方逐漸形成不規(guī)則孤島煤柱。見圖1所示。 -500m水平軌道石門交叉點設(shè)計斷面為直墻半圓拱形，巷道凈斷面尺寸為48004200mm。巷道現(xiàn)有支護(hù)方式為36u型

4、鋼棚噴漿支護(hù)，棚距500mm。 2、失穩(wěn)機(jī)理分析 （1）上部煤層開采的動壓及孤島煤柱上支承壓力影響 由于-500m水平軌道石門及交叉點上方工作面的不規(guī)則布置及回采，從而在巷道附近形成一不規(guī)則孤島煤柱。兩側(cè)工作面回采分別形成的超前支承壓力和側(cè)向支承壓力疊加，不僅在回采空間周圍的煤柱上造成應(yīng)力集中，而且該應(yīng)力將向底板巖層傳遞。由于煤柱內(nèi)積聚有較高的疊加支承壓力，并向底板傳遞，留設(shè)的煤柱非但沒有很好地保護(hù)-500m水平軌道石門交叉點附近巷道免遭工作面采動影響，反而使得巷道所處的應(yīng)力水平顯著增高，受上部工作面多次采動和煤柱上的支承壓力作用，巷道變形嚴(yán)重。 （2）巷道圍巖強(qiáng)度 -500m水平軌道石門交叉

5、點附近兩分叉巷道圍巖巖性以泥巖和煤為主，巖體強(qiáng)度較低，穩(wěn)定性差，而且巷道長期處于煤柱下方、圍巖破碎、松動范圍大，在經(jīng)過多次臥底后，圍巖本身的節(jié)理裂隙更加發(fā)育，相應(yīng)的圍巖松動圈范圍更大。在采動應(yīng)力影響下，其松散破碎的泥質(zhì)巖體更加容易失穩(wěn)破壞。 （3）現(xiàn)有支護(hù)難以控制巷道圍巖強(qiáng)烈變形 -500m水平軌道石門及交叉點現(xiàn)有支護(hù)方式為u型鋼棚支護(hù)，實際施工過程中不可避免地在支架與圍巖間存在大量不均勻空隙，導(dǎo)致支架初期不承載或偏載，這都不利于發(fā)揮u型鋼支架的承載性能，工程實踐中，支架受偏載因素影響，其實際承載能力僅為理論承載能力的1/51/10，甚至更低，雖然采取了噴漿措施對支架進(jìn)行封閉，但是在高應(yīng)力長期

6、作用下，型鋼的強(qiáng)度及卡纜的預(yù)緊力已大幅度降低，難以向圍巖提供足夠的支護(hù)阻力。同時單純架設(shè)u型鋼支架難以充分發(fā)揮巷道圍巖的自承載能力，自身兩幫和拱部也未采取加強(qiáng)措施，使得巷道兩幫首先成為結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的突破口，并隨著兩幫的失穩(wěn)、破壞，造成頂部拱結(jié)構(gòu)的承載能力難以充分發(fā)揮，從而造成支架產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)破壞。 由于巷道底板未采取支護(hù)措施，巷道底板往往首先成為巷道變形、破壞的突破口，從而大量底鼓。而頻繁的臥底又造成新的應(yīng)力擾動，使得巷道圍巖松動圈發(fā)育范圍進(jìn)一步擴(kuò)大；另一方面，巷道反復(fù)臥底進(jìn)一步降低了巷道支護(hù)承載結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，促使巷道兩幫內(nèi)移，導(dǎo)致支護(hù)承載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)一步降低。 3、高強(qiáng)穩(wěn)定型支護(hù)技術(shù)方案

7、（1）支護(hù)方案 采用具有高阻可縮特性的36u型鋼支架替換現(xiàn)有29u型鋼支架作為基本支護(hù)，利用其強(qiáng)力護(hù)表能力減少淺部圍巖的變形量，提高其殘余強(qiáng)度，替棚前對巷道頂板圍巖破碎嚴(yán)重區(qū)域預(yù)注馬麗散進(jìn)行加固，替棚后進(jìn)行u型鋼支架壁后充填注漿，然后采用小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索對u型鋼支架的薄弱部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償，最后根據(jù)底板的圍巖條件，采用高強(qiáng)錨網(wǎng)索支護(hù)，控制巷道底鼓。 （2）支護(hù)參數(shù) 、36u型鋼棚支護(hù) 采用36u型鋼棚支護(hù)，棚距500mm，支架外扎角10？，搭接長度500mm，每個搭接部位采用2付雙槽夾板限位卡纜及1付普通夾板卡纜，卡纜螺母預(yù)緊力矩應(yīng)不低于300nm。支架壁后使用鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格500455mm，

8、網(wǎng)孔規(guī)格8080mm。 、壁后注漿 頂幫注漿錨桿規(guī)格為222000mm中空螺紋鋼錨桿，注漿錨桿間排距為：15001500mm，起注高度0.5m； 注漿前對巷道表面實施噴漿。噴層厚度控制在35mm2mm，即噴層厚度與u型鋼棚翼緣齊平即可。 對圍巖進(jìn)行注漿，水泥采用425#普通硅酸鹽水泥，水灰比（重量比）控制在0.6：10.7：1之間，注漿壓力一般不應(yīng)超過3mpa，根據(jù)圍巖狀況和注漿壓力，綜合確定合理注漿量。 、預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)補(bǔ)償 待漿液凝固后，施工帶梁錨索實現(xiàn)對u型鋼支架的結(jié)構(gòu)補(bǔ)償。錨索規(guī)格為17.86500mm，幫腳錨索距底板施工高度300mm，排距為1000mm，預(yù)緊力不低于100kn。錨索

9、托梁采用廢舊u型鋼或14#礦用工字鋼加工，托梁長度671mm，中心鉆24mm圓孔。詳見圖2支護(hù)斷面圖。 、底板高強(qiáng)穩(wěn)定型支護(hù) 底板采用底板錨網(wǎng)索+鋼筋梯子梁支護(hù)，底板錨桿選用223000mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，預(yù)緊力矩不低于300nm，錨桿托盤規(guī)格為15015010mm。在巷道底板中部按五花眼布置3根錨索。錨索規(guī)格為17.85000mm，預(yù)緊力不低于100kn。錨索托盤選用18#槽鋼加工，鋼筋梯子梁采用14mm圓鋼加工。 4、支護(hù)-圍巖承載信息監(jiān)測 巷道圍巖控制效果是評價一個支護(hù)方案優(yōu)劣的最有力根據(jù)，通過監(jiān)測評價支護(hù)方案及支護(hù)參數(shù)的合理性，并為類似地質(zhì)條件下的巷道支護(hù)設(shè)計提供理論依據(jù)。 測試

10、內(nèi)容主要包括兩個方面：一是對支架及錨索工況進(jìn)行測試，測量支架及錨索在實際承載過程中承受載荷大小及其變化規(guī)律；二是對牛鼻子段小巖柱和大斷面交岔點圍巖變形規(guī)律進(jìn)行測試，內(nèi)容包括巷道表面位移、巷道深基點位移等。 測試共布置3個測站，1#測站位于主巷牛鼻子尖處，屬于穿層破碎圍巖段，重點監(jiān)測大斷面區(qū)域支架的支護(hù)承載性能和斷面收縮率；2#測站位于左支巷牛鼻子以里 4.5m，屬于穿層破碎圍巖段，重點監(jiān)測對拉錨索支護(hù)承載性能、牛鼻子段小巖柱圍巖應(yīng)力集中程度及高冒區(qū)圍巖注漿后加固效果；3#測站位于右支巷牛鼻子以里65m，屬于圍巖較完整段，該巷道遠(yuǎn)離高冒區(qū)，巖柱寬度較大，重點監(jiān)測巖性較好區(qū)段支護(hù)狀況及圍巖活動規(guī)律

11、，與2#測站形成對比測站。 礦有關(guān)部門安排專人進(jìn)行具體的礦壓觀測和記錄，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理和分析，根據(jù)前后兩次讀數(shù)的差異程度確定觀測頻度，通過對觀測資料進(jìn)行分析調(diào)整支護(hù)參數(shù)。 5、結(jié)束語 通過對許疃煤礦-500m水平軌道石門交岔點在高應(yīng)力破碎軟巖條件下的支護(hù)技術(shù)研究，提出了高強(qiáng)穩(wěn)定型棚索協(xié)同支護(hù)技術(shù)方案，實踐表明，壁后充填注漿一方面改善支架與圍巖的相互作用關(guān)系，充分發(fā)揮支架的整體承載能力，另一方面注漿將巷道淺部松散破碎圍巖重新膠結(jié)成整體，提高巷道淺部圍巖完整性和承載能力，實現(xiàn)支架與圍巖共同承載；通過在合理位置施加一定大小的結(jié)構(gòu)補(bǔ)償力，能夠大幅度降低支護(hù)結(jié)構(gòu)危險截面承受的應(yīng)力，同時降低支護(hù)結(jié)構(gòu)整體承受的應(yīng)力，使得支護(hù)體的承載性能得以充分發(fā)揮，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性及其承載能力，同時利用錨索將該支護(hù)承載結(jié)構(gòu)錨固至深部穩(wěn)定巖體上，充分調(diào)動和發(fā)揮深部穩(wěn)定巖體的承載