深部巷道支護技術(shù)研究

摘 要：理論與實踐證明巷道底角采用弧形，加強斷面底角與肩部等關(guān)鍵部位的支護強度，使巷道整體收縮變形，可有效防止深部巷道的破壞。煤礦深部開采巷道與淺部巷道的主要差別是圍巖存在破裂區(qū)，也是深部巷道支護的重點之一。由于破裂區(qū)的存在，巷道支護應(yīng)以護為主，防止圍巖破裂范圍擴大，巷道失效。

　　通常煤礦開采深度大，巷道四周圍巖會變形嚴(yán)重，且會隨著時間變形不止，是礦井深部開采主要研究的內(nèi)容之一。深部巷道與淺部巷道之間主要區(qū)別是巷道得圍巖有破裂區(qū)，破壞裂隙區(qū)也是巷道支護的重點。防止圍巖破裂范圍的擴大，是巷道支護的基礎(chǔ)。

1 概述

　　巷道施工后，巖體從三向應(yīng)力狀態(tài)突然變?yōu)閮上驊?yīng)力狀態(tài)，釋放一定的能量，引起圍巖部分巖體破壞。巖體受深部的強大壓力與施工的共同影響，使巷道圍巖一定范圍內(nèi)產(chǎn)生新的裂隙，新老裂隙相互貫通，圍巖表面形成了破裂區(qū)。破裂區(qū)是由巖體結(jié)構(gòu)面錯位、原裂隙張開與新裂隙等組成，并產(chǎn)生擴容變形，屬于不連續(xù)非線性變形，是深部巷道主要支護的對象。

2 深部巷道破壞主要形式

2.1 巷道圍巖變形量大且破裂。

　　深部巷道破壞首先是在圍巖的表面破裂范圍內(nèi)，即不連續(xù)非線性變形部分。雖然破裂的圍巖還能承擔(dān)一定的力學(xué)特征，但是，目前理論研究的還不夠。如果不能及時的把圍巖破裂范圍控制住，圍巖的破裂范圍就逐步擴大，使圍巖變形嚴(yán)重，最終使巷道破壞。很多深部巷道采用錨注支護原理主要是控制圍巖破裂區(qū)，改變破裂區(qū)圍巖力學(xué)性質(zhì)，防止破裂范圍擴大。

2.2 錨桿體失效破壞。

　　目前，深部巷道一般采用錨桿與錨索等組合支護。如果錨桿錨索的支護參數(shù)合理，支護能力可滿足要求。深部巷道錨桿體支護失效破壞并不是支護強度不夠，而是巷道破裂區(qū)的漏頂（幫）引起錨桿體失效破壞。錨桿很少有被拉斷、剪切的破壞狀態(tài)，其占的比例較小。深部巷道支護體破壞主要是護幫（頂）效果差，使圍巖表面破裂的巖體脫落，錨桿體不能有效支護，托盤失效而破壞。錨桿配合網(wǎng)、鋼帶與噴射混凝土支護，其主要原理是護住圍巖破裂范圍不漏頂（幫）等，防止脫落巖石范圍擴大。

2.3 巷道底鼓破壞。

　　通常巷道底板不支護，特別是巷道底角應(yīng)力集中，使巷道底板破壞嚴(yán)重。巷道底鼓是深部巷道的主要特點之一。回采巷道一般距工作面 100m 以上就發(fā)生巷道底鼓現(xiàn)象，特別是在掘進過程中出現(xiàn)前掘后起底的情況。

一般采用對巷道底角、底板加強支護，防止巷道底鼓。3 深部巷道的支護設(shè)計原則根據(jù)深部巷道破壞形式，巷道支護設(shè)計原則如下：

一、護的原則。保護圍巖破裂區(qū)的變形范圍不擴大、不漏頂（幫）是深部巷道支護的主要原則。要有效的護住圍巖，應(yīng)采用及時支護，提高錨桿的錨固力，需要網(wǎng)、鋼帶與噴漿支護等聯(lián)合支護，錨注支護等。

二、是支護系統(tǒng)參數(shù)協(xié)調(diào)原則。錨桿、托盤、鋼帶、網(wǎng)等受力均衡，協(xié)調(diào)，力學(xué)參數(shù)一致。盡可能避免力學(xué)參數(shù)不統(tǒng)一，出現(xiàn)先后破壞的現(xiàn)象，影響整體支護效果。加大錨桿的長度，降低巷道支護成本與錨桿的間、排距。加大托盤的尺寸與剛度，有效護住圍巖。提高桿體螺紋段的強度，防止此段的破壞。支護系統(tǒng)要有一定的柔性，為圍巖變形、讓壓留有空間。

三、重點支護原則。在同一個巷道斷面條件下，圍巖的局部應(yīng)力大，其該處變形量也越大，須限制該處的變形，使巷道圍巖局部應(yīng)力大處與應(yīng)力小處變形量基本相等。巷道圍巖變形是全范圍的收縮變形，即巷道頂?shù)装濉蓭偷瘸杀壤鸟詈献冃危ＷC巷道圍巖的整體性，減少局部破壞大而失效。對巷道底角、肩部等關(guān)鍵部位加強支護，使圍巖應(yīng)力協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)移擴散，圍巖整體受力均勻。

四、優(yōu)化巷道斷面原則。巷道底鼓是深部開采的主要特征之一，控制了巷道底鼓，就等于解決了深部開采的巷道支護問題。對巷道底角、肩部進行優(yōu)化設(shè)計，減少該處應(yīng)力狀態(tài)。采用弧形底角的斷面形式，理論與實踐證明可以明顯降低底角的應(yīng)力狀態(tài)。

五、大斷面原則。在目前支護技術(shù)、成本條件下不可能完全控制圍巖變形移動，為圍巖的內(nèi)移、讓壓留有空間。

六、可操作性原則。提供的錨桿支護設(shè)計應(yīng)具有可操作性，有利于井下施工管理和掘進速度的提高。

七、實態(tài)設(shè)計原則。經(jīng)過理論分析和試驗后，確定了巷道支護或維修方案。但是，井下條件復(fù)雜多變，支護設(shè)計參數(shù)要根據(jù)井下條件的變化及時的修改，時時動態(tài)的支護設(shè)計，使方案符合實際條件。

4 結(jié)論

4.1 深部巷道圍巖破壞的主要方式是支護體失效，是由圍巖表面破裂范圍擴大而破壞。所以，支護設(shè)計應(yīng)以護頂（幫）、降低圍巖破裂范圍為主。加大錨桿長度與關(guān)鍵部位的支護強度，可有效控制圍巖破裂范圍。

4.2 巷道留設(shè)弧形底角，不但能夠明顯降低底角的應(yīng)力集中狀況，而且便于施工，可減少了兩幫的相對移近量、降低巷道底鼓程度，對深部巷道的穩(wěn)定起到重要的作用。