马脊梁煤矿运输大巷返修支护方法.pdf

江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 摘要本文将马脊梁煤矿运输大巷出现的变形破坏问题作为研究对象，分析了运输大巷变形破坏的原因，选择使用围岩 强度测试、巷道围岩残余应力测试、围岩松动圈范围探测等方式，对影响巷道稳定的因素进行了分析，并充分结合马脊梁煤 矿实际，设计采用了“恒阻大变形锚杆钢带底角注浆锚管”形成的耦合支护方案，从巷道返修情况来看，较好控制了巷 道出现的大变形问题，满足了巷道使用需要。 关键词多重因素；运输大巷；稳定性；支护 中图分类号TD353.6文献标识码B文章编号1006-2572（2020）02-0037-03 Study on Maintenance Support Strategy of Main Haulage Roadway in Majiliang Colliery Wang Shougui Construction Engineering Quality Supervision Station of Coal Industry Datong Mining Area, Datong, Shanxi 037003 Abstract aking the deation and failure of the transportation roadway in Majiliang Colliery as the research object, the paper analyzes the causes of the deation and failure of the transportation roadway and the factors that affect the stability of the roadway, and designs the coupling support scheme ed by “constant resistance large deation anchor rod -steel belt - bottom angle grouting anchor pipe“ combined with the actual situation of the Majiliang Colliery, which can control the large deation of the roadway and meet the needs of the roadway. Key words multiple factors; main haulage roadway; stability; support 马脊梁煤矿运输大巷返修支护方法 王守贵 （煤炭工业大同矿区建设工程质量监督站，山西大同037003） 马脊梁煤矿煤炭资源储量448.16Mt， 设计可 采储量285.67Mt，矿井建设规模3.00Mt/a，矿井设计 服务年限为68.02a。其运输大巷埋深在780～810m之 间，属于该矿井的永久性大巷之一，巷道所处地段 地质条件变化较大，多次穿过泥岩段，巷道原支护采 用传统的锚网索支护，锚杆支护参数为Φ18mm，长 度为1800mm，间排距为800mm800mm，锚索支 护参数为Φ17.8mm，长度为5300mm。 设计断面 为直墙半圆拱形巷道。 在运输大巷开掘后，出现了 较为明显的变形破坏情况， 严重影响到巷道的正常 使用，虽经多次返修，但仍旧出现大面积变形问题［1］。 首先，巷道顶板下沉严重。 很多区域顶板出现 了明显的开裂、下沉，大面积坍塌现象较多，顶板下 沉量平均超过了200mm，最大下沉量接近400mm， 锚杆、锚索被拉断现象较多，这表明，随着巷道变形 量的不断增加，锚杆、锚索失去了原有的支护效能。 其次，巷道底鼓明显。 根据现场勘查表明，底鼓 量平均达到250mm，最大底鼓量超过了500mm，很 多地段的运输轨道被掀翻，整个运输的功能已经失 去。 第三，两帮收敛明显。 两帮收敛量非常大，平均 收敛量达到300mm，最大相对收敛量接近600mm， 两帮上锚杆、锚索被拉出现象较多，且在很多地段 形成了大量的网兜，锚网索的支护作用下降明显［2］。 37 江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 3.1围岩抗压强度测试结果与分析 为了更好掌握围岩抗压强度对巷道稳定性的 影响，选择使用钻孔触探法在运输大巷中部位置对 围岩抗压强度进行了原位测试。 具体布置方式为 在巷道的两帮中部水平方向、巷道顶板中部垂直方 向分别布置深度为10m的钻孔，使用WQCZ-56型围 岩强度测试仪器，对巷道帮部与顶板不同层面的岩 石进行抗压强度测试，得到了围岩强度测试结果见 图1。 图1运输大巷围岩抗压强度测试曲线 从图1看出， 不论是巷道的帮部还是巷道的顶 板，围岩抗压强度整体出现了较大波动，分析导致 出现波动的原因，主要是围岩岩性有着较大的不 同，即使处于同一岩性的岩层，也表现出明显的不 均质性；围岩抗压强度受到层理、裂隙、节理及软弱 夹层等结构面的影响较大［3］。 3.2巷道围岩残余应力测试结果与分析 本次设计在巷道中端选择使用盲孔法，仪器为 JH-30残余应力检测仪， 进行了三个位置的巷道围 岩残余应力测试，具体测试结果见表1，巷道所处区 域内巷道围岩残余应力主要表现为4个特点 首先，水平应力为最大主应力，最大水平应力 均超过了32MPa， 方向在110.23～119.24之 间，这个方向与运输大巷轴向方向几乎一致。 其次，垂直应力小于最大水平主应力，侧压系 数均超过了1.3。 第三，最大水平主应力与最小水平主应力之间 的比值平均超过了1.8。 第四，垂直应力的平均数值超过24MPa。 通过上述分析可知，运输大巷整体处于深井高 应力状态，结合巷道多次返修之后，仍旧出现了明 显蠕变变形的现象，可判定巷道已经进入到深井 高应力软岩的状态［4］。 表1巷道围岩残余应力测量结果 3.3巷道围岩松动圈范围探测结果与分析 为了更为深入掌握巷道围岩变形问题，选择使 用钻孔窥探仪对松动圈范围进行了探测，在运输大 巷变形破坏较为明显的位置布置5个探孔， 分别布 置在两帮、两拱肩及拱顶的位置，设计深度为8m。 经过数据处理， 得到了巷道探测断面的破裂范围 图，按破裂程度不同进行分区，并得到围岩松动圈 分区图。 通过分析图2可知，围岩整体松动范围非常 大， 从巷道边界到轻微破坏区之间的距离在7m左 右， 巷道边界距离中等破坏区之间的距离在5m左 右， 巷道边界距离严重破坏区之间的距离在3m左 右。 松动圈整体呈现出环形展布的方式。 同时，在严 重破坏范围内，裂隙发育明显，张开裂隙为主。 综上 所述，由于松动圈的范围较大，锚固系统整体失效 明显［5-6］。 图2钻孔窥探仪探测结果 结合运输大巷出现的变形破坏情况及马脊梁 煤矿现有材料实际，设计采用了“恒阻大变形锚杆 钢带底角注浆锚管”耦合支护方案。 恒阻大变形锚杆支护主要包含有螺母、 托盘、 杆体及恒阻装置，恒阻大变形锚杆选用HMG-500型 号，直径为22mm，长度6000mm。 其支护机理为 在弹性变形阶段，巷道围岩的变形能通过外锚 固段托盘和内锚固段施加到杆体上。 当围岩变形 能较小，施加于杆体上的轴向应力小于恒阻大变形 编号 最大水平 应力/MPa 最小水平 应力/MPa 垂直应力 /MPa 侧压系数 134.2316.8924.671.39 233.1219.3424.551.35 335.1219.2326.231.34 均值34.1618.4825.151.36 38 江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 锚杆的设计恒阻力时， 恒阻装置不发生任何移动， 此时，恒阻大变形锚杆依靠杆体材料的弹性变形来 抵抗岩体的变形破坏。 在结构变形阶段，随着巷道变形量增大，在杆 体上施加的轴向应力已经超过恒阻变形锚杆的设 计恒阻力时，恒阻装置当中的恒阻体会沿着套管内 壁进行滑移摩擦。 在滑移中能够达到确保恒阻的效 果，依靠恒阻装置整体的结构变形，实现对岩体变 形破坏的有效抵抗。 在极限变形阶段， 随着巷道变形量的继续增 加， 恒阻大变形锚杆材料结构整体出现较大的变 形，其内部的能量也得到充分的释放，巷道围岩变 形量小于设计的恒阻体长度，恒阻装置当中的恒阻 体会出现停止摩擦滑移的情况，则这时巷道围岩进 入到相对稳定的状态［7］。 图3恒阻大变形锚杆 同时，考虑到巷道底板有涌水的情况，在巷道 的两帮底设置了注浆锚管。 为了增强恒阻大变形锚 杆支护的整体性，设计采用钢带连接的方式。 具体支护方案见图4。 图4巷道返修支护设计 1）运输大巷返修后，巷道两帮最大相对收敛量 95mm，最大顶板下沉量110mm，最大底鼓量89mm， 满足了巷道实际使用需要。 2）深部巷道矿压显现形式、强度相对于浅部巷 道有着较大的不同，传统的巷道支护方式已经不适 用于深部巷道尤其是深部高应力软岩巷道，需充分 结合深部巷道支护实际，采用耦合支护理念。 参考文献 ［1］ 琚伟.切顶卸压无煤柱自动成巷技术在亿欣煤业的 应用［J］.煤,2019,28（12）39-4056. ［2］ 刘江华.青洼煤业2103综放工作面回采巷道支护参数 优化［J］.煤,2019,28（12）50-51. ［3］ 刘德军，左建平，刘海雁，等.我国煤矿巷道支护理论及 技术的现状与发展趋势［J］.矿业科学学报,2020（1） 1-12. ［4］ 刘明.巷道高强度、高预应力锚杆索强力支护技术效果 监测分析［J］.山东煤炭科技,2019（10）36-384144. ［5］ 吴继鲁，高建平，申世豹，等.深井大断面软弱厚煤顶开 切眼巷道围岩稳定性及控制［J］.煤炭与化工,2019,42 （10）16-20. ［6］ 宋文侠.断层破碎带大断面巷道围岩变形破坏机理及 控制技术［J］.煤炭与化工,2019,42（10）21-2428. ［7］ 杜朋,涂敏.特厚煤层孤岛综放工作面沿空护巷煤 柱宽度及控制技术研究［J］.矿业安全与环保,2019,46 （5）16-20. 作者简介王守贵（1990-），男，山西大同人，毕业于大同大 学采矿工程专业，本科学历，助理工程师，研究方向矿井建 设。 收稿日期2019-12-31编 辑廖文德 39