【摘要】雙河煤礦礦井隨著采深逐年增加，新區(qū)3#層斷面大、頂板伴隨有壓力大及構造發(fā)育等復雜地質條件，決定了巷道支護的復雜性和特殊性。對常規(guī)支護技術進行了優(yōu)化，提出在巷道的頂板支護過程中適時使用2.4m長直徑為Ф22的全稱錨桿，以滿足大跨度、礦壓大掘進巷道的支護強度。
1前言
雙河煤礦新區(qū)上部右一采面可采儲量達50萬t，地表至開采深度不小于500m，隨著礦井逐漸向深部發(fā)展，地應力不斷增大，圍巖地質條件不斷惡化，從而造成巷道支護的復雜化和困難化，使得支護問題愈加突出。常規(guī)支護采用的直徑20mm、長2.0m普通錨桿長度和剛度以不能滿足巷道的支護要求，從而不能充分發(fā)揮出錨桿的支護作用。在此前提下，根據(jù)實際支護情況，經(jīng)多方研究，決定改進原有頂板錨桿支護，采用直徑為22mm、長2.4m的全程錨桿，解決了巷道頂板的支護難題，在保證了安全的前提下，加快了施工進度。因此根據(jù)巷道的頂板情況，選擇合理的支護方案，對提高掘進速度和安全可靠性，降低支護成本，以及對巖層控制具有非常重要的意義。
2巷道變形破壞特征及原因分析
2.1巷道變形破壞特征
?。?）變形量大
根據(jù)觀測結果，新區(qū)上部3#層右一巷中寬4.4米、中高3.5米矩形半煤巷道，巷道頂板下沉量較大，平均每10天頂板下沉達到數(shù)十毫米，表現(xiàn)形式為鋼帶發(fā)生嚴重變形，頂板破碎，金屬網(wǎng)上部出現(xiàn)網(wǎng)兜。值得一提的是，在對頂板離層儀進行觀測時，未發(fā)現(xiàn)巷道上部老頂巖層發(fā)生斷裂、離層現(xiàn)象。
?。?）初期變形速率快，最終趨于穩(wěn)定
巷道開挖后的初期變形量和變形速率較大。監(jiān)測資料表明，開掘初期的變形速率最大達4.4mm/d，幾天后變形趨于穩(wěn)定。表現(xiàn)為高應力下巖體內部節(jié)理、裂隙、裂紋張開，出現(xiàn)新裂紋導致巖體體積增大；巖體發(fā)生變形，表現(xiàn)為變形連續(xù)的、逐漸變化的。高地應力環(huán)境和巖體變形特征決定了深部礦井掘進巷道會遇到一系列動力現(xiàn)象，包括沖擊礦壓、煤巖與瓦斯突出、瓦斯爆炸、礦井突水、礦壓顯現(xiàn)劇烈、冒頂片幫等災害，對深部礦井的安全、高效開采帶來巨大威脅。
2.2巷道變形破壞原因
?。?）構造應力機制
施工期間，始終伴隨著斷層的出現(xiàn)，頂板巖層本身以彈性變形的形式儲存了變形能，使頂板產生破碎，一旦在此范圍內掘進巷道，頂板將會將這些變形能以變形的形式向開掘空間釋放，宏觀上表現(xiàn)為巖層的下沉、破碎。
?。?）支護結構不合理
原頂板支護采用的普通全程錨桿配合錨網(wǎng)、錨索及槽鋼聯(lián)合支護，所提供的支護強度未能滿足圍巖力學特性，沒能使支護的強度、剛度和結構方面與頂板巖層所需支護強度相耦合，既不能充分發(fā)揮圍巖的自身承載能力，也不能有效釋放圍巖的變形能，從而造成巷道下沉、變形，從某一部位開始破壞，進而導致整體頂板支護失穩(wěn)。
3常規(guī)支護技術的優(yōu)化
3.1常規(guī)支護技術存在的問題
雙河煤礦的頂板支護普遍采用直徑為20mm錨桿，長度2.0m長，配合鋼帶及金屬網(wǎng)、架等支護技術，取得了較好的技術、經(jīng)濟效益，但是這些支護技術在新區(qū)的支護效果卻很差，新區(qū)右零面上、下巷等巷道在回采時均經(jīng)過了多次的進行二次恢復，尚不能有效控制其上部巖層頂板的變形、破壞。在總結分析前人研究成果的基礎上，結合大量的現(xiàn)場工程實踐，研究認為常規(guī)錨桿支護技術主要存在以下幾個方面的問題：
?。?）常規(guī)支護用直徑20mm、長2.0m錨桿的長度和剛度不足，從而發(fā)揮不出錨桿的支護作用。頂板圍巖的松動圈半徑一般在2～2.3m，2.0m長的錨桿其不能錨固到圍巖的塑性硬化區(qū)內，導致錨桿失效不起作用；經(jīng)常會出現(xiàn)錨桿被拉斷的現(xiàn)象，說明錨桿的剛度不夠，不能滿足巷道開掘初期變形速度快、變形量大的特點。
?。?）圍巖表面約束能力差。由于高應力或構造應力的影響，使得支護體首先在較為薄弱的地方出現(xiàn)過量變形、巖石松動和破壞，進而形成破碎區(qū)，破碎區(qū)的發(fā)展導致圍巖自承圈破壞。如不能及時將破碎區(qū)形成一個較為完整的整體，就不能發(fā)揮頂板巖石的自穩(wěn)能力，從而不能有效地遏制圍巖的局部破壞和破碎區(qū)向縱深發(fā)展，進而導致巷道圍巖遭到更嚴重的破壞。
3.2常規(guī)支護技術優(yōu)化
通過以上常規(guī)支護技術存在的問題，經(jīng)本人對工作地點的實際情況了解，我率先提出了新的支護方式，使用直徑為22mm、長2.4m取代原有普通錨桿的支護，得到了老工程技術的批準及大力支持。
采用新型直徑為22mm、長2.4m的全程錨桿取代直徑20mm、長2.0m錨桿，進行巷道頂板支護，使巷道開掘后頂板松動圈形成了一個整體，增大圍巖的強度，提高圍巖自承能力，控制了頂板的下沉量。采用強度大、長度較長的錨桿能錨固在穩(wěn)定的巖層內，并適時在巷道關鍵部位進行錨索加固支護（由于錨索長度較大，能夠深入到深部較穩(wěn)定的巖層中，錨索對被加固巖體施加的預緊力高達200kN，限制圍巖有害變形的發(fā)展，改善了圍巖的受力狀態(tài)，增加圍巖自承圈厚度，實現(xiàn)厚壁支護），很好的解決了巷道頂板下沉、破碎的問題，隨著支護強度的增大，有效的控制了頂板巖層的變形，施工的安全也得到了保證，同時一直困擾的進尺問題也迎刃而解，雙河煤礦三采區(qū)7117隊正以小班6.0-8.0m，原班15m的速度進行掘進。
4結束語
隨著礦井開采深度的不斷增加，深部巖體地應力也越來越高，造成深部開采巷道變形明顯、支護困難，通過對礦井深部巷道頂板支護設計的優(yōu)化，選擇使用合理選擇支護材料和支護參數(shù)，采用直徑為22mm、長2.4m的全稱錨桿支護技術，能夠有效的控制巷道頂板的下沉、破碎，發(fā)揮巖層的自穩(wěn)能力，有效地解決礦井深部高應力巷道支護技術難題，避免巷道被破壞后再行修復造成的人力、物力和財力的巨大浪費，影響礦井生產，甚至危及礦井安全。
因此開展深部高應力巷道支護技術的研究，對提高掘進速度和安全可靠性，降低支護成本，對礦井的深部開采和巖層控制具有非常重要的意義。
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