深部高应力软岩巷道支护设计.pdf

6 煤贮遮让迎 生筮5 期 鬻獭瓣鬻鞴糕燃溅糕 新汶矿业集团公司华丰煤矿孙庆国胡兆峰 中国矿业大学北京校区景海河武雄 摘要常规支护方法不能解决深部高应力软岩巷道的支护问题，其主要原因是 1 围 岩自承圈厚度小； 2 初期支护刚度过大； 3 围岩表面约束能力差，喷层结构不合理； 4 仅一 次锚网喷作为巷道的永久支护不符合深部高应力软岩巷道地压显现规律。工程实践表明，采 用封闭的支护结构，二次锚网喷及锚索、锚梁等联合支护方式，较好地解决了上述问题，取得较 好的支护效果。 关键词深部高应力软岩巷道支护 随着开采深度的不断增加和高应力的影响， 深部岩石巷道的矿压显现越来越明显，常规的支 护手段已不适应，给煤矿的安全生产带来了极大 的困难。因此，深部高应力软岩巷道支护问题已 成为一个急需解决的问题。下面结合一个工程实 例，就深部高应力软岩的支护问题进行探讨。 1 工程概况 华丰煤矿一9 2 0 m 水平岩石集中巷是五水平前 组一采区第二阶段准备巷道，全长8 0 0 余米，巷道 布置在煤7 1 至煤8 3 之间的砂岩中，巷道标高 一9 2 0 m 水平，地面标高 1 3 0 m 水平，埋深1 0 5 0 m 。 该巷道东部处于一较为宽缓的向斜之中，构造应 力较大，经地应力测量，构造应力在3 3 4 0 M p a ， 明显呈现高应力状态。 2 常规支护状况分析 2 ．1 断面形式及支护方式 巷道断面采用直墙半圆拱形，初喷采用3 0 r 啪 厚的混凝土作临时支护，锚网喷作永久支护，巷道 发生破坏后再以U 2 5 可缩性支架进行维护。具 体支护参数为 锚杆树脂端锚锚杆，直径①1 8 - 舢，长 1 8 0 0 姗，间排距8 0 0 8 0 0 砌； 金属网5 0 0 0 1 0 5 0 I 砌，8 铁丝经纬网，网孔 1 0 0 1 0 0 m m 喷射混凝土普通硅酸盐水泥，混凝土标号为 C 1 5 0 ，喷厚为1 0 0 一2 0 0 Ⅱ蚰。如图1 所示。 图1 巷道常规支护断面 2 ．2 破坏原因分析 一9 2 0 m 水平岩巷采用以上常规支护形式施工 1 2 0 m ，总体支护效果不理想。施工2 个月后，巷道 发生较大的变形，净宽由4 1 0 0 m 收缩到3 6 0 0 ～ 3 8 0 0 - m ，底臌达到5 0 0 l 啪，锚喷体开裂，锚杆多处 拉断，锚盘崩裂，被迫停工返修。巷道支护破坏的 原因是 1 围岩自承圈厚度小。现有支护采用端锚 锚杆，其所形成的围岩自承圈厚度较小，一般情 况，锚固后围岩的自承圈厚度约为0 ．6 m ，远小于 锚杆杆体长度，造成锚杆的浪费，同时难以抵抗较 大的围岩压力。 2 初期支护刚度过大，巷道开挖后由于围岩 应力重新分布和发生变形而对支护体产生较大压 ．．．。。。一Li．。。。l_i．．卜奠i上i．斗 万方数据 迎 生筮5 期煤芷递进2 ， P _ P - o _ o _ o d - o 图2 围岩与支架共同作用图 力，它与支护体的刚度有较大的关系，支护体的刚 度越大，其抵抗围岩压力越大，如图2 所示。现有 的支护形式的支护刚度偏大，不适应巷道开挖初 期变形速度快，变形量大的特点，进而导致巷道围 岩支护变形不协调而发生破坏。 3 围岩表面约束能力差。由于高应力或构 造应力的影响，使得支护体首先在较为薄弱的地 方出现过量变形、岩石松动和破坏，进而形成破碎 区，破碎区的发展导致围岩自承圈破坏，如图3 所 示。对于深部高应力软岩巷道，采用普通的锚网 铁丝网 喷支护时，由于喷体强度相对较低，对围 岩约束能力差，不能有效地扼制围岩的局部破坏 和破碎区向纵深发展，进而导致围岩破坏。 图3 巷道支护局部破坏 4 仅一次锚网喷作为巷道的永久支护不符 合深部高应力软岩巷道地压显现规律。深部巷道 开挖后，表现为地压大，变形持续时间长等特点， 一次支护往往难于奏效。一次锚网喷支护破坏 后，若再以U 型钢可缩性支架，既浪费材料，又牺 牲了巷道的有效空间。 5 开放式支护结构不适应深部高应力软岩 巷道地压要求。对于深部高应力软岩巷道，围岩 变形量一般较大，由于是开放式支护，底板未加处 理致使发生很大的底臌，在落底的同时，巷道两帮 发生进一步的松动，两帮底角发生破坏，导致巷道 的支护状况恶化，巷道失稳。 6 锚网喷支护结构不合理。在锚网喷支护 中，现场一般习惯于先安装锚杆挂网，后喷射混凝 土，这样一来，金属网的位置处于混凝土的内层， 不利于金属网的抗拉性能和混凝土抗压性能的发 挥。 7 巷道的断面形状必须适应深部高应力软 岩巷道地压的要求。深部巷道的侧压相对较大， 两帮出现严重变形，进而影响巷道的顶部。 3 深部高应力软岩巷道支护对策 由以上分析可知，对于深部高应力软岩巷道， 常规的支护方法和单一措施都不能满足工程的实 际需要，必须根据其原因采取相应的支护对策。 1 增强围岩表面约束能力，限制破碎区向纵 深发展。如加强网的强度和刚度，或在局部薄弱 环节增加锚梁支护。 2 适时进行二次支护。深部高应力软岩具 有初期变形很大，变形速度快等特点，要求支护体 初期必须具有一定的柔性，在巷道不失稳的前提 下，允许围岩有较大的变形，让其充分地释放能 量，但又要有效控制围岩与支护的过量变形，因此 要求支护体后期要有足够的强度和刚度。二次支 护可适当地增加锚网的强度，如适当加长锚杆，增 加托梁、钢带等。二次支护的时机必须根据工程 监测，一般是待一次支护后围岩变形达到最大值 并趋于稳定时开始进行二次支护。 3 实现深部高应力软岩巷道厚壁支护。一 是采用全长锚固全螺纹钢等强锚杆，增加围岩自 承圈厚度，实现厚壁支护；二是进行锚索加固。由 于锚索长度较大，能够深入到深部较稳定的岩层 中，锚索对被加固岩体施加的预紧力高达2 0 0 K N ， 限制围岩有害变形的发展，改善了围岩的受力状 态，增加围岩自承圈厚度，实现厚壁支护；三是改 变支护结构，在巷道的两底脚增加斜锚杆或巷道 底板开挖成反底拱形并锚喷 梁 支护，从而形成 完整的、封闭的支护整体。 4 减少围岩的破坏，增大围岩的强度，提高 万方数据 墨攫芷遘盐缝 生筮5 翅 ＼I／ ；寮 ，◇肄≤ 够，{ 图4 新支护设计图 ， ● I 量 具体施工工艺为 破岩一初喷3 0 I l m 厚混凝土临时支护一锚杆 支护一喷混凝土累计达设计厚度 1 ‰ 的8 0 ％ 一2 5 天左右实施二次锚网支护一喷混凝土达设 计厚度一锚索、锚梁支护。 采用上述措施及施工工艺后，一9 2 0 m 水平岩 石集中巷的支护状况有了明显的改善，巷道开挖 一年多，仅局部出现喷层片状脱落现象，巷道的顶 板下沉量、两帮移进量均控制在1 4 6 砌范围之 内。巷道基本没有出现底臌现象。 5 结论 1 常规支护方式不能解决深部高应力软岩 巷道支护的问题，必须根据具体的矿压显现及支 护破坏原因，采取相应的支护对策。 2 增强围岩表面约束能力，限制破碎区向纵 深发展，适时进行二次锚网喷支护，改善喷层结构 和受力，提高二次支护的强度和刚度，有效控制巷 道围岩的有害变形。 3 通过采用全长锚固全螺纹钢等强锚杆、锚 索加固等，改善了围岩的受力状态，增加围岩自承 厚度，实现厚壁支护。 4 对于深部高应力软岩巷道，必须采用封闭 式支护结构，在巷道的两底脚增加斜拉锚杆或巷 道底板开挖成反底拱形并锚喷 粱 支护，从而形 成完整的、封闭的支护整体。 参考文献 1 董方庭等，松动厨软岩锚喷支护理论和技术，中国煤 矿软岩巷道支护理论与实践，中国矿业大学出版社， 1 9 9 1 6 ．5 m 6 0 2 林育梁，软岩工程力学若干理论问题的探讨，岩石力 学与工程学报，1 9 9 9 ，v 0 1 ．1 8 6 6 9 0 ～粥 责任编辑章新敏 万方数据