錨噴網(wǎng)與支架支護技術(shù)在破碎巖層巷道中的應(yīng)用

陳路強

摘 要：傳統(tǒng)單一工字鋼棚在動壓破碎巖層巷道支護中并不能取得良好的圍巖控制效果。文章結(jié)合紅炭山礦業(yè)有限責(zé)任公司牛欄山煤礦+80運輸大巷的地質(zhì)特點，分析了破碎巖層及動壓中施工巷道的礦壓顯現(xiàn)特點，并就原單一工字鋼棚支架支護進行改進，提出工字鋼棚與錨噴網(wǎng)支護后的聯(lián)合支護方案，取得良好的支護效果，值得相關(guān)煤礦巷道支護設(shè)計借鑒。

關(guān)鍵詞：破碎巖層；錨噴網(wǎng)與支架支護；機理；支護效果

中圖分類號：TD353 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）17-0045-02

1 工程概況

牛欄山井田境內(nèi)褶曲與斷層極為發(fā)育，礦體整體呈一背斜狀態(tài)，傾角向南東傾伏。背斜兩翼被眾多小褶曲與斷層所切割，次生構(gòu)造極度發(fā)育，大中套小、小中見微、形態(tài)各異，斜歪的、倒轉(zhuǎn)的并存。實驗巷道為牛欄山煤礦201采區(qū)+80運輸大巷，巷道圍巖巖性為細砂巖、粗粉砂巖夾砂巖、局部有不規(guī)則煤線，構(gòu)造為一向南方向傾斜的單斜構(gòu)造，局部存在小褶曲。受F6斷層影響，該巷道圍巖破碎。巷道在掘進過程中，受圍巖破碎、易風(fēng)化脫層及受采動動壓影響會產(chǎn)生巷道變形，在單獨采用工字鋼棚支護過程中，出現(xiàn)了較為嚴重的巷道變形現(xiàn)象，影響到了礦井正常生產(chǎn)。

2 動壓破碎帶巷道破壞特點與支護機理

2.1 動壓破碎帶巷道破壞特點

所謂的動壓或者動壓力，通常指的是在礦山資源開采過程中形成的集中應(yīng)力，如工作面超前集中應(yīng)力、煤柱疊加應(yīng)力等。而動壓巷道指的是受采動集中應(yīng)力影響的巷道，其最主要特點就是受采動影響嚴重。受采動壓力的影響，動壓巷道附近原有的圍巖應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破，需經(jīng)過一定時間的應(yīng)力釋放后才能再次達到平衡。動壓巷道在這種應(yīng)力平衡到打破再到平衡的過程中會出現(xiàn)嚴重的圍巖變形，如不能及時有效地對圍巖進行控制，巷道圍巖就會出現(xiàn)冒頂、片幫、底鼓等礦壓顯現(xiàn)，嚴重時甚至發(fā)生沖擊破壞現(xiàn)象。受采動應(yīng)力與原巖應(yīng)力疊加的影響，動壓巷道附近應(yīng)力高度集中，傳統(tǒng)的單一支護方式很難維持圍巖穩(wěn)定。鑒于此種情況，工程設(shè)計實驗了錨噴網(wǎng)與工字鋼棚支架聯(lián)合支護方案，取得了良好支護效果。

2.2 動壓破碎帶巷道支護

巷道發(fā)生破壞的根本原因在于支護或支護所形成的承載結(jié)構(gòu)的支護強度低于圍巖應(yīng)力，致使圍巖出現(xiàn)頂板下沉、兩幫變形與底板鼓起。對于動壓破碎巷道穩(wěn)定產(chǎn)生影響的因素主要有三個方面，即巷道圍巖強度、圍巖應(yīng)力值及分布狀況、支護承載能力。因此，動壓巷道控制重點在于這三方面進行：

①提高圍巖自身承載能力，巷道上覆巖層重量以及圍巖變形所造成的壓力，大多由圍巖結(jié)構(gòu)自行承擔(dān)，而由巷道支護體所承擔(dān)的載荷較少，而巷道支護的目的旨在控制圍巖變形，保證圍巖體的承載能力，因此對于巷道支護設(shè)計應(yīng)充分發(fā)揮圍巖的自承能力。

②轉(zhuǎn)移圍巖應(yīng)力，改善圍巖應(yīng)力分布條件，對動壓巷道圍巖受力分析可知，巷道附近存在明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。為維持巷道圍巖穩(wěn)定性，回采巷道布置與支護中應(yīng)采取措施降低或轉(zhuǎn)移圍巖高應(yīng)力，改善圍巖應(yīng)力分布狀況。

③改善支護參數(shù)，支護參數(shù)選擇的不合理性易造成支護效果達不到預(yù)期要求，產(chǎn)生劇烈的圍巖變形現(xiàn)象。

動壓破碎巷道支護中應(yīng)用較多的支護方式為工字鋼棚支架或錨網(wǎng)支護，以錨網(wǎng)支護為例，支護參數(shù)的優(yōu)化改善內(nèi)容主要包括錨桿預(yù)緊力、直徑、長度、安裝角度以及間排距等，此外，與錨網(wǎng)支護相關(guān)的鋼筋梯子梁、托盤、樹脂藥卷等亦對錨網(wǎng)支護參數(shù)有著明顯的影響。而有時往往某一單一支護方式并不能取得良好的圍巖控制效果，在對支護承載力這一參數(shù)設(shè)計時，需要聯(lián)合采取兩種及以上的支護方式。

3 錨噴網(wǎng)與支架聯(lián)合支護

對巷道圍巖實施錨網(wǎng)噴與工字鋼棚聯(lián)合支護的方式能夠起到有效控制圍巖穩(wěn)定性的作用，錨網(wǎng)噴與工字鋼棚支護形成聯(lián)合的承載結(jié)構(gòu)，共同維持圍巖的穩(wěn)定。

錨噴網(wǎng)支護形成內(nèi)承載結(jié)構(gòu)，起到加固巷道圍巖、封閉圍巖表層和防止圍巖垮落的作用，并且錨桿支護擁有一定的柔性，能夠通過變形釋放部分為彈性能。

工字鋼棚支護能夠為錨桿支護提供更多的徑向應(yīng)力，形成一個內(nèi)承載結(jié)構(gòu)，并且工字鋼棚和錨桿支護之間可知墊加模板、礦用背板等裝置，起到柔性過度的作用，通過自身變形來吸收一定圍巖壓力，降低圍巖對工字鋼鵬的壓力損害。

工字鋼棚與錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護形成一個連續(xù)的承載結(jié)構(gòu)，錨網(wǎng)噴加固圍巖維持圍巖穩(wěn)定，充分發(fā)揮圍巖的自身承載能力；工字鋼棚提供支撐力確保錨網(wǎng)噴的支護效果，二者協(xié)同支護，保證良好的支護效果。

4 工程支護效果分析

對實施工字鋼棚與錨噴網(wǎng)的聯(lián)合支護后的實驗巷道進行圍巖表面收斂監(jiān)測，為期90 d。

4.1 圍巖變形分析

分析巷道變形量可知，在距離掘進工作面0～10 m范圍內(nèi)，巷道圍巖變形量逐漸增加，基本上成一定比例正相關(guān)關(guān)系；掘進工作面10 m之后，工作面變形量增長幅度明顯降低，到20 m后變形量不再增加。兩幫與頂?shù)装宓淖冃瘟炕揪S持在89 mm與64 mm，且兩幫變形量始終大于頂?shù)装逡平俊Ｏ锏涝谡麄€掘進掘進過程中未出現(xiàn)片幫、碹體脫落現(xiàn)象情況。

4.2 變形速率分析

對兩幫及頂板板變形速率進行分析得到，兩幫變形速率與頂?shù)装逅俾首兓€基本保持一致，變形速率曲線峰值出現(xiàn)在距掘進工作面后方5 m處，兩幫與頂?shù)装遄冃嗡俾史逯捣謩e為7 mm/d與4 mm/d。20 m之后變形速率基本保持一水平，符合圍巖變形量曲線。

綜上分析可知，巷道整體變形量較小，均在安全變形允許范圍之內(nèi)，掘進工作面后20 m之后，變形量與變形速率均保持在一穩(wěn)定狀態(tài)。回采巷道變形穩(wěn)定后的斷面尺寸達到巷道使用條件，表明巷道支護效果良好。

5 結(jié) 語

①工字鋼棚支架與錨網(wǎng)噴支護加固能夠形成一個連續(xù)的承載結(jié)構(gòu)，錨網(wǎng)噴支護加固圍巖形成內(nèi)承載結(jié)構(gòu)；工字鋼棚形成外承載結(jié)構(gòu)，提供支撐力確保內(nèi)承載結(jié)構(gòu)的支護穩(wěn)定性。

②錨噴網(wǎng)與支架聯(lián)合支護施工應(yīng)嚴格按照施工規(guī)范進行，執(zhí)行并落實支護技術(shù)措施。

③牛欄山煤礦201采區(qū)+80運輸大巷采用工字鋼棚支架與錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護后，巷道圍巖變形較小，未出現(xiàn)片幫、碹體脫落現(xiàn)象。

工程實踐證明，錨噴網(wǎng)與支架支護技術(shù)在破碎巖層巷道中的應(yīng)用具有推廣價值，它能在保證圍巖支護施工安全前提下，降低工人勞動強度，保證支護效果。

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