深埋巷道失穩(wěn)機(jī)制及支護(hù)對策研究

摘 要：深埋巷道由于其受水平應(yīng)力影響和垂直應(yīng)力影響在數(shù)值上相近，故其破壞方式往往表現(xiàn)為巷道的頂?shù)装搴蛢蓭驼w變形破壞，深部巖體在近靜水壓力的作用下其能量通過形變的方式釋放，這樣就導(dǎo)致巷道內(nèi)部的圍巖破壞失穩(wěn)。針對深埋巷道的受力變形破壞特點(diǎn)，提出了主動(dòng)卸壓結(jié)合讓壓錨桿錨噴的支護(hù)對策，并且確定合理的一次和二次支護(hù)時(shí)機(jī)，從而保證巷道的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：深埋巷道；讓壓錨桿；支護(hù)時(shí)機(jī)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.082

1 引言

隨著我國煤炭資源的消耗日益增大，我國煤礦礦井深度近年來也在不斷增加，因此，深部礦井巷道的支護(hù)問題就顯得尤為重要，尤其是深埋巷道所受地壓大的特點(diǎn)導(dǎo)致其維護(hù)的困難程度非常大，這也是近年來眾多學(xué)者研究的一個(gè)方向[1]。

2 深埋巷道的受力特點(diǎn)及失穩(wěn)機(jī)制

深埋巷道開挖后其原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破，應(yīng)力發(fā)生重新分布，在短時(shí)間內(nèi)深部的應(yīng)力往往能使巷道的周邊發(fā)生很大的徑向位移，從而導(dǎo)致圍巖與深部巖體發(fā)生不連續(xù)的介質(zhì)面。在淺部圍巖巖性較好且地應(yīng)力不大的情況下，巷道可以依靠圍巖自身的承載能力達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，但是處于深埋的巷道，即使圍巖巖性較好，由于地壓大，巖體儲(chǔ)存的變形能巨大，如果不能夠采取一定的支護(hù)措施巷道往往在開挖不久就會(huì)發(fā)生較大的徑向位移從而引起巷道的破壞失穩(wěn)。

3 支護(hù)對策

3.1 深埋巷道的支護(hù)時(shí)機(jī)的確定

目前對于深埋巷道支護(hù)方式中應(yīng)用最多的是U型鋼加錨噴支護(hù)，此方式對于埋深在800米以上的巷道具有一定的效果，但當(dāng)埋深超過1000米時(shí)，U型鋼便不再適用，這是因?yàn)樵谥ёo(hù)時(shí)沒有讓圍巖儲(chǔ)存的高變形能得到有效釋放。因此，在支護(hù)過程中應(yīng)充分注意支護(hù)時(shí)機(jī)的確定。巷道圍巖破壞大都經(jīng)歷彈塑性—破裂—破碎—松動(dòng)變形的過程，深埋巷道由于較大的地應(yīng)力，圍巖可能在開挖不久就處于破裂甚至破碎的狀態(tài)[2]。傳統(tǒng)的支護(hù)理論認(rèn)為支護(hù)時(shí)機(jī)越早越好，但在深埋巷道中如果不讓圍巖的變形能充分釋放就支護(hù)，往往會(huì)導(dǎo)致支護(hù)失效。

通常來說，巖石的流變變形分為以下三個(gè)階段：Ⅰ初期流變階段、Ⅱ穩(wěn)定流變階段和Ⅲ加速流變階段，在第二階段變形開始時(shí)進(jìn)行支護(hù)效果最好，此時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)所承受的壓力不是太大也不是太小，圍巖的變形能保持在可以控制的范圍內(nèi)。

3.2 支護(hù)方式的選取

近年來，一種新型的讓壓錨桿問世，高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿與普通錨桿的最大區(qū)別就是它能夠在圍巖蠕變階段提供近乎恒定的高工作阻力，并可被拉伸到一定長度而不破壞以適應(yīng)圍巖的大變形使錨桿既能維護(hù)好圍巖的穩(wěn)定性又能保證較好的讓壓性而不致拉斷，從而提高了深埋巷道的穩(wěn)定性。其主要結(jié)構(gòu)由高強(qiáng)度桿體、讓壓管、托盤及螺母的部件組成（見圖1）。與普通錨桿不同，在桿體尾部增加了一個(gè)讓壓管，其規(guī)格可以自行設(shè)定[3]。

4 現(xiàn)場實(shí)踐

以某礦工作面運(yùn)輸順槽為研究對象，該工作面為三面采空的孤島工作面。該順槽埋深850米，幾何尺寸為5m×3m。由于本次主要探討讓壓錨桿的讓壓性能，故設(shè)計(jì)巷道支護(hù)體系為全錨桿結(jié)構(gòu)，巷道頂板采用5根新型讓壓錨桿支護(hù)，巷道兩幫各布置4根錨桿。其具體布置圖如圖2。

5 結(jié)論

（1）通過對深埋巷道圍巖的受力分析，處于深部的巷道由于高地應(yīng)力的原因，導(dǎo)致圍巖變形較大，傳統(tǒng)的支護(hù)方式已經(jīng)不能滿足深埋巷道的穩(wěn)定性。通過主動(dòng)釋放圍巖變形能，降低支護(hù)結(jié)構(gòu)所承受的圍巖應(yīng)力。

（2）對于處在高地應(yīng)力的巷道，其支護(hù)時(shí)機(jī)確定對于巷道的穩(wěn)定性很重要；經(jīng)過分析，巷道的最佳支護(hù)時(shí)機(jī)應(yīng)該在圍巖在處于剛進(jìn)入塑性區(qū)的穩(wěn)定流變階段進(jìn)行支護(hù)效果最好。

（3）讓壓錨桿作為一種新型錨桿，其具有較大的恒阻之外又能較好的保持圍巖的穩(wěn)定性，在深埋巷道支護(hù)中取得了良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]柏建彪，王襄禹，賈明魁，侯朝炯.深部軟巖巷道支護(hù)原理及應(yīng)用[J].巖土工程學(xué)報(bào).

[2]何滿朝，謝和平，彭蘇萍等.深部開采巖體力學(xué)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào).

[3]連傳杰，徐衛(wèi)亞，王亞杰等.新型高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿巷道支護(hù)性能的數(shù)值模擬[J].巖土力學(xué).

作者簡介：鄧康宇（1991-），男，安徽安慶人，碩士，研究方向：巷道支護(hù)。