煤四礦深部軟巖巷道支護技術(shù)淺析

平煤四礦深部軟巖巷道支護技術(shù)淺析10～25m深部軟巖巷道圍巖變形力學(xué)機理和圍巖控制機制，結(jié)果表明：隨著開采深度的加大，巷道變形對地應(yīng)力的敏感度增強，深部軟巖巷道巖體強度明顯降低，因此軟巖巷道的穩(wěn)定問題變的更為突出。本文針對平頂山煤業(yè)四礦的巷道支護問題，在了解了該礦軟巖巷道變形的特征的4000m2000m新汶等礦區(qū)部分煤礦開采深度已經(jīng)超過1000 之首，與之配套的巷道掘進量每年達6000km，其中10%以上的巷道微軟巖巷道。等等。另外，在深部高應(yīng)力環(huán)境中，在淺部表現(xiàn)為硬巖特性的巖層也表現(xiàn)為軟巖特性巷道圍巖長期變形不止。目前，深部巷道大變形已經(jīng)成為深部工程安全的瓶頸之一，深部軟巖巷道穩(wěn)定問題已成為國內(nèi)外研究的熱點。為解決或降低這一問題對煤礦生產(chǎn)和其他巖土工程所造成的不利影響，國內(nèi)外與巖土工程相關(guān)的各個領(lǐng)域，都投入了大量的人力、物力和財力進行礦業(yè)大學(xué)，以陸士良教授為首的一批學(xué)者，將巷道圍巖深處任一點徑向位移與其周邊位移的比稱為深表比，同時認為這反映了錨桿支護的巷道周邊位移和圍巖深處的位移規(guī)律。之后，幾位教授通過對我國的一些著名礦區(qū)各類巷道巖體的位移以及其深表比進行的測，即是在巷道周邊深表比最大，而在圍巖的深處則按照負指數(shù)曲線來衰減。圍巖的周邊位移量大小、衰減的速度、深表比變化以及最終影響深度，主要決定因素是巷道巖體的性質(zhì)，同2010005～16。HmaxHmax---c---種情況，原采用了H/

1.1巖石強度巷道埋深移近量移近量增量H——

原西德、前的研究認為，頂?shù)装逡平啃∮谙锏栏叨?5%時，現(xiàn)有的支護技術(shù)依然1600m的巷道頂?shù)装逡平康念A(yù)計表明：1600m5 許 板 近 底，，1-11600m時巖巷支架的適用范圍針對深井軟巖巷道壓力大、變形量大的特點，國外發(fā)展了深井軟巖巷道支護技術(shù)，概括起來，主要有：采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的全封閉支護系統(tǒng)；采用錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護系統(tǒng)；采用特種鋼和加大型鋼質(zhì)量（44kg/m，甚至更大；采用硬石膏、水泥砂漿、聚氨酯或其他建筑材料壁后充填；此外，國外深井軟巖巷道之后都有一個共同點，即具有可縮裝置或“讓壓結(jié)構(gòu)”，允許支架或支護系統(tǒng)可縮，以適應(yīng)深井軟巖巷道壓力大、變形量大的特點。同時，巷道支護設(shè)還有通過加固改善巷道圍巖的力學(xué)性質(zhì)，通過卸壓改變巷道圍巖的應(yīng)力分布，從而達到改變深井軟巖巷道圍巖狀態(tài)、提高深井軟巖巷道穩(wěn)定性的目的。國內(nèi)外對巷道圍巖卸壓技術(shù)進行了大量理論與試驗研究，已提出了多種卸壓方法，在實踐中取得了較好的效果。然而，有的卸壓方法還處于試驗研究階段，有的卸壓方法用于生產(chǎn)實踐中還有一定難度，這些都有1．3教授、教授、研究員等眾多學(xué)者采用物理模擬數(shù)值模擬方法從巖石彈塑粘性角度分析和解釋了巷道圍巖的破壞失穩(wěn)原因認為巷道圍巖應(yīng)力是流變變形教授等是研究巖體節(jié)理、裂隙的結(jié)構(gòu)變形謝和平等是從巖石損傷角解釋、分析了巷道大變形地機理。提出了在投影圖上判斷可動塊體的方法，此后他又用矢量代數(shù)做了研究，1984年” ，提出了軟巖巷道支護的4條基本原則。巖工程 律和變形力學(xué)機制研究的基礎(chǔ)上，提出了軟巖巷道支123412型等對工程進行位移預(yù)測研究，取得了許多成果軟巖巷道支護所承受圍巖的變形壓力來自于包括巷道底板在內(nèi)的巷道各個方向，如果底板不支護或支護強度較小，底板就成為圍巖的薄弱部位，會產(chǎn)生強烈底臌現(xiàn)象，進而降低整個巷道支護體系的承載能力，因此對于軟巖巷道必須加強底板支護。對此類深部軟巖巷道，一方面要強調(diào)全斷面支護的整體性，另一方面要對薄弱的底板部位采取重點加強支護措施，從而防止巷道從薄弱的底板部位首先變形破壞而導(dǎo)致全斷面變形破壞。采用反底拱和對底板和硬巖工程支護的指導(dǎo)思想不同，軟巖工程支護必須出現(xiàn)塑性圈。硬巖工支護是力求控制塑性區(qū)的產(chǎn)生，最大限度發(fā)揮圍巖自承力，而軟巖工程支護是并懸掛在2.1所示。 巖層上。B是懸吊理論的進一步發(fā)展2.2BH圖2-1錨桿的懸吊作用 2-2頂板錨桿懸吊松動破裂巖H在層狀巖體中開挖巷道，當頂板在一定范圍內(nèi)不存在堅硬穩(wěn)定的巖層時，錨桿的懸吊作用居次要位置將錨桿作用與圍巖的自穩(wěn)作用分開，與實際圍巖的條件的變化頂板較破碎、連續(xù)性受到破壞，組合梁就

2-31.5～2.5倍。巷道的頂?shù)装宸€(wěn)定性主要受到水平應(yīng)力的影3-4所示。1）地應(yīng)力與圍巖之間相互作用會產(chǎn)生圍巖2）3）根據(jù)平

2-4

2-5錨桿作用機理比較復(fù)雜，一方面，錨桿與巖體兩者的彈性模量之間的差異使錨桿體對其圍巖產(chǎn)生反向的約束力，進而錨固作用，使得圍巖強度得以恢復(fù)提高，進而圍巖的整體性得到加強，使得圍巖的錨固體能具有較高承載能力。從而增強巖體抗變形的能力。錨桿的錨固作用的體現(xiàn)為徑向與切力錨固力。徑向錨固力使圍巖分別從單向受力的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向受力的狀態(tài)、雙向受力的狀態(tài)轉(zhuǎn)化為三向受力的狀態(tài)，同時切向錨固力也可改善結(jié)構(gòu)層面力學(xué)性質(zhì)，從而使巖體的力學(xué)參數(shù)能W，或者是指用錨桿將因巷道開挖所引起的松動巖體連結(jié)在深部未松動的完整的巖體上，使松動巖體不致于冒落下來，具體如圖4-1所示。W圓形斷面巷 層狀巖4-14-23此于是在圍巖的周邊一定的厚度范圍內(nèi)形成了一個不僅僅能保持自身的穩(wěn)定還能上部圍巖的松動和變形的一種連續(xù)壓縮（即擠壓加固拱從而保持巷道穩(wěn)定具體如圖4-34-3在軟巖巷道的錨網(wǎng)支護中，金屬網(wǎng)的作用是托住擠入巷道的巖體防止巖塊發(fā)生冒落現(xiàn)象而導(dǎo)致的錨固層的失效，另外，金屬網(wǎng)也可以有效地控制錨桿之間的非錨固巖體變形，將錨桿之間的非錨固巖體載荷傳給錨桿。金屬網(wǎng)能托住巷道周邊圍巖中已碎裂的巖體。由于碎石碎脹的作用與傳遞力媒介的作用，巷道深部圍巖仍可以維持三向應(yīng)力的狀態(tài)，巖體的殘余強度得到提高，這就是工程實踐中常見的軟巖錨網(wǎng)的支護巷道，雖然金屬網(wǎng)的變形很大并且網(wǎng)內(nèi)圍巖已完全碎裂，巷道仍然能長時間的維持穩(wěn)定的內(nèi)在原因。同時又可將單個錨桿連接成一個整體錨桿群。金屬網(wǎng)在錨網(wǎng)支護中的作用，除了通過鋼筋承受圍巖的壓力，更重要的是巷道的圍巖穩(wěn)定性越差，網(wǎng)的作用越加重要?；?，更大限度的發(fā)揮圍巖承載作用。向外拱相互，改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，縮小拉應(yīng)力區(qū)，進而保持外拱范圍內(nèi)巖體的整體穩(wěn)錨注支護就是一種利用特種中空錨桿來兼作注漿管，實現(xiàn)錨注的巷道加固方式，（形剛度，從而提高整體的穩(wěn)定性。根據(jù)前與法國等國的有關(guān)資料的，注漿加固可以使砂巖的強度增加50%－70%340%－70%22%－375%4.5%－175%。－4／5左右，而圍巖與支護體一起變形時支護體支護體載荷則可降低3／4－5／6Ctan式中：——抗剪強度——正應(yīng)力（°γC0σ4-1可知巖體的強度是由C和C和內(nèi)摩擦角均減小，從而形成度，即提高了內(nèi)聚力C與內(nèi)摩擦角γC0σ圖4-4強度包絡(luò)巖體的C和的值的增加幅度的大小，與注漿材料的材料性能及工藝相關(guān)。一般情況C和亦然。注漿的工藝是否合理也會直接影響其C與值的提高幅度ⅢⅡⅢⅡ4-5其承載性能。圓形巷道注漿固結(jié)區(qū)的承載能力計算模型如圖4-5所示。0=（21）rrdr/drr0rR0

r

(普通支護rR0

r

(注漿加固p1————(p/2)(r/R)2

/ (21)(p/2)(r/R)2

/

(p/2)(r/R)2

/ (21)(p/2)(r/R)2/ (0rH)dr

(21)(p

/2)(r/R)2

(21)(p

/2)(r/

)2

/2以上敘述了殘余強度區(qū)的圍巖承載性能，其取決于巖石力學(xué)特性、巷道的半徑以及 R02 21(R) K－巖體的固結(jié)系數(shù)，高水速凝材料注漿時為3個監(jiān)測斷面，病采用了數(shù)顯收斂儀對巷道的兩幫的收斂變形量及頂?shù)醉數(shù)囊平窟M行了監(jiān)測，4-41115mm82mm，且3.2%以內(nèi)，這樣就保證了設(shè)計斷面的使用功能。以上足以表明三錨加強支護技術(shù)完全能夠滿足軟巖巷道圖4- 各測試斷面巷道表面變形位mm變形量變形量0變形量變形量0

時間20

時間采用三錨加強支護（即三錨+半封閉U型鋼+反底拱）12900元/m半封閉U型鋼支護的工程造價為6841元/m，采用半封閉U型鋼支護的工程造價為9420元/m。表4-42為兩種不同支護方式的成本預(yù)算對比4-42U護支護（3次）元 元 元1063+745元 元 根據(jù)已測出的己三膠帶下山巷道U型鋼的實際支護情況，己三膠帶下的支護方式若采U3次的維修。依據(jù)上表的預(yù)算，巷道在服務(wù)年限內(nèi)的造價為：6481×3=29943元/m式工程造參考文獻：3（52008：2]王襄禹、柏建彪、陳勇、胡忠超，深井巷道圍巖應(yīng)力松弛效應(yīng)與控制技術(shù)[J].01，3（：107