B080305 二次耦合支護(hù)技術(shù)在軟巖巷道中的應(yīng)用

二次耦合支護(hù)技術(shù)在軟巖巷道中的應(yīng)用吳元峰【山東泰豐礦業(yè)(集團(tuán))有限公司，山東新泰271204】摘要巷道二次耦合支護(hù)是軟巖巷道支護(hù)新技術(shù)。文中闡述了巷道二次耦合支護(hù)原理、最佳二次組合支護(hù)時(shí)段的確定、組合支護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。通過王家寨煤礦-510m南翼總回風(fēng)巷的支護(hù)設(shè)計(jì)，介紹了軟巖巷道的變形力學(xué)機(jī)制及其力學(xué)對(duì)策、初次耦合支護(hù)參數(shù)、二次耦合支護(hù)參數(shù)的確定方法。關(guān)鍵詞二次耦合支護(hù)原理最佳支護(hù)時(shí)間和時(shí)段支護(hù)參數(shù)-----------------------------------------------------------------------引言隨著礦井開采深度的加大，生產(chǎn)礦井水平延深，巷道圍巖表現(xiàn)出了一些軟巖的性質(zhì)，支護(hù)出現(xiàn)了一些新問題。一次支護(hù)很難使巷道的變形速度趨于穩(wěn)定。在巷道周邊，圍巖應(yīng)力在不同時(shí)段、不同部位的分布是不均勻的，支護(hù)體往往首先在薄弱部位變形破壞，導(dǎo)致巷道失穩(wěn)。二次耦合支護(hù)是一種非線性等強(qiáng)支護(hù)，利用最佳支護(hù)時(shí)段的原理進(jìn)行圍巖支護(hù)，能有效的減緩巷道薄弱部位的變形破壞量。1工程概況根據(jù)區(qū)域開拓設(shè)計(jì)方案，為形成-510m水平南翼下組煤生產(chǎn)系統(tǒng)，滿足-510m水平生產(chǎn)時(shí)的通風(fēng)、行人、運(yùn)輸、管線敷設(shè)的需要，設(shè)計(jì)布置-510m水平南翼總回風(fēng)巷。巷道設(shè)計(jì)長度1017m，斷面為直墻半圓拱形，S荒=10.29m2，S凈=9.14m2，凈寬3.2m，凈高-510m水平南翼總回風(fēng)巷揭露11煤層后，圍巖條件開始弱化，表現(xiàn)出軟巖特性，按原作業(yè)規(guī)程制定的支護(hù)方案施工1400余m，巷道后方短期內(nèi)即有較嚴(yán)重的礦壓顯現(xiàn)，巷道出現(xiàn)了變形。2巖體結(jié)構(gòu)-510m南翼總回風(fēng)巷迎頭掘進(jìn)素描如圖1所示。圖1-510m水平南翼總回風(fēng)巷揭露11煤層巷道素描從掘進(jìn)素描圖可以看出，煤層眼角結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在1.6m左右的煤層厚度范圍內(nèi)，間夾著0.2m的硫磺結(jié)核和0.1～0.15m的棕褐色粘土巖。11煤頂板為豆青色粉砂巖，結(jié)構(gòu)致密，平均抗壓強(qiáng)度39.22MPa；底板為厚度30m3耦合支護(hù)特征根據(jù)軟巖巷道圍巖的變形破壞機(jī)理，軟巖巷道實(shí)現(xiàn)耦合支護(hù)的基本特征在于巷道圍巖與支護(hù)體在強(qiáng)度、剛度及結(jié)構(gòu)上的耦合，耦合支護(hù)特征如圖2所示。圖2耦合支護(hù)的基本特征3.1強(qiáng)度耦合由于軟巖巷道圍巖本身所具有的巨大的變形能，一味采取高強(qiáng)度的支護(hù)形式不可能阻止其圍巖的變形，從而也就不能達(dá)到成功進(jìn)行軟巖巷道支護(hù)的目的。與硬巖不同的是，軟巖進(jìn)入塑性后，本身仍具有較強(qiáng)的承載能力，因此對(duì)于軟巖巷道來講，應(yīng)在不破壞圍巖本身承載強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，充分釋放其圍巖變形能，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度耦合，再實(shí)施支護(hù)。3.2剛度耦合由于軟巖巷道的破壞主要是變形不協(xié)調(diào)而引起的，因此支護(hù)體的剛度與圍巖的剛度耦合，一方面支護(hù)體要具有充分的柔度，允許巷道圍巖具有足夠的變形空間，避免巷道圍巖由于變形而引起的能量積聚；另一方面，支護(hù)體又要具有足夠的剛度，將巷道圍巖控制在其允許變形范圍之內(nèi)，避免因過度變形而破壞圍巖本身的承載強(qiáng)度。這樣才能在圍巖與支護(hù)體共同作用過程中，實(shí)現(xiàn)支護(hù)一體化、荷載均勻化。3.3結(jié)構(gòu)耦合據(jù)巷道表面位移觀測，各點(diǎn)變形量達(dá)到設(shè)計(jì)余量的60%時(shí)，即進(jìn)入二次耦合支護(hù)的時(shí)間。（3）二次耦合支護(hù)參數(shù)根據(jù)理論分析計(jì)算及數(shù)值模擬結(jié)果，可以確定二次耦合支護(hù)參數(shù)如下：①錨索錨索選用直徑15.24mm的鋼絞線，長度為6m，外露長度300mm。以巷道拱頂中心為基準(zhǔn)，向兩側(cè)各1.2m布置1根錨索，即間距2.4m，垂直巷道頂板輪廓線布置；排距3m，布置在兩排錨桿中間。采用樹脂錨固劑卷端頭錨固，其中，CK2350型樹脂錨固劑和ZK2350型樹脂錨固劑各一卷。錨索托板采用10mm厚鋼板制成，規(guī)格為200×200×10（mm），采用廢舊槽鋼、溜槽割制而成。②錨、噴支護(hù)在初次錨、網(wǎng)、噴支護(hù)的基礎(chǔ)上，實(shí)施二次錨、噴支護(hù)。錨桿仍然采用直徑20mm、長2000mm的高強(qiáng)螺紋鋼筋，間排距均為1000mm，與初次錨桿呈五花布置，兩幫底角錨桿呈30°下扎。使用CK2335型和ZK2335型樹脂錨固劑各一卷托板用金屬托板，規(guī)格同上。噴射混凝土材料及配比同上，復(fù)噴厚度50～60mm。5反饋設(shè)計(jì)根據(jù)上述方案設(shè)計(jì)，在本工程的施工過程中，需進(jìn)行一系列的巷道礦壓觀測研究。通過錨桿支護(hù)阻力—時(shí)間曲線、巷道表面位移—時(shí)間關(guān)系曲線來確定最佳二次支護(hù)時(shí)機(jī)，并驗(yàn)證支護(hù)參數(shù)的合理性以進(jìn)行方案的修改與完善。6效益分析掘進(jìn)迎頭實(shí)現(xiàn)一次支護(hù)后，可進(jìn)行打眼，同時(shí)進(jìn)行二次耦合支護(hù)作業(yè)。這樣充分的利用了空間，實(shí)現(xiàn)了多工序的平行作業(yè)，加快了巷道的施工進(jìn)度，能有效地緩解采掘關(guān)系緊張的局面。能增大巷道的修復(fù)周期，增加巷道的使用壽命，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。7結(jié)語二次耦合支護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度耦合、剛度耦合、結(jié)構(gòu)耦合的三重耦合功效，科學(xué)合理地進(jìn)行圍巖支護(hù)，對(duì)安全方面的貢獻(xiàn)不言而喻。近年來，二次耦合支護(hù)技術(shù)，作為一種新型的支護(hù)技術(shù)得到專家學(xué)者的廣泛認(rèn)可和煤炭生產(chǎn)企業(yè)的推廣。加強(qiáng)對(duì)施工人員進(jìn)行錨桿支護(hù)技術(shù)培訓(xùn)，將提高錨桿初錨力、預(yù)緊力和施工質(zhì)量放在首位，真正發(fā)揮出錨、網(wǎng)這一主動(dòng)支護(hù)的優(yōu)勢。參考文獻(xiàn)：[1]JohnA.HudsonEngineeringrockmechanics［M］.RedwoodBooksPress，1997.[2]F.O.Franclss.WeakRockTunneling［M］.A.A.BalkemaPress，1997．[3]Kidybinski.StrataControlinDeepMines［M］.A.A.BalkemaPress，1990．[4]孫鈞．世紀(jì)之交的巖石力學(xué)研究［A］．中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)第五次學(xué)術(shù)大會(huì)論文集［C］．北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1998.[5]錢鳴高.