深井軟巖煤巷兩種不同參數(shù)下的支護(hù)效果比較

摘 要：隨著煤礦開采深度的進(jìn)一步加深，深井軟巖煤巷支護(hù)問題日益突出，已成為制約礦井安全高效生產(chǎn)的一個(gè)難題。本文通過對(duì)某礦1262(1)深井軟巖煤巷在兩種不同支護(hù)參數(shù)下支護(hù)效果的比較分析，提出了通過升級(jí)支護(hù)產(chǎn)品，提高單位面積支護(hù)強(qiáng)度，充分利用圍巖自身形成整體支護(hù)機(jī)構(gòu)，是可以實(shí)現(xiàn)深井軟巖巷道支護(hù)長(zhǎng)期穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：深井，軟巖，煤巷，支護(hù)效果
隨著國內(nèi)資源需求量的不斷增長(zhǎng)，礦井開采不斷向深度加深，深井軟巖煤巷支護(hù)問題日益突出，已成為制約現(xiàn)代化礦井安全高效生產(chǎn)的一個(gè)難題。原有的支護(hù)方式及支護(hù)強(qiáng)度已很難適應(yīng)深井軟巖煤巷的變形特征，無法有效控制巷道圍巖的變形破壞，大多數(shù)深井軟巖煤巷只有通過多次修復(fù)才能滿足生產(chǎn)，而重復(fù)修復(fù)無形中大大增加了礦井的生產(chǎn)成本。因此深入研究安全經(jīng)濟(jì)適合深井軟巖煤巷的支護(hù)方式已刻不容緩。
1. 工程背景
1262(1) 煤巷埋深-900m 左右，走向長(zhǎng)2677m，傾斜長(zhǎng)253m，1262(1) 煤巷所在工作面主采煤層為11-2 煤，其平均厚2.6m，平均傾角3°左右，由東北向西南煤層有增厚趨勢(shì)，煤層自身強(qiáng)度較低。巷道頂?shù)装寰鶠槟鄮r，且各發(fā)育一煤線。預(yù)計(jì)掘進(jìn)區(qū)域頂板砂巖正常涌水量為18m3/h，最大涌水量為30m3/h，11-2 煤瓦斯含量平均約5.03m3/t。地溫平均為44.9oC。

2. 兩種不同支護(hù)參數(shù)為保證巷道后期留巷及滿足通風(fēng)、行人等要求，結(jié)合巷道圍巖地質(zhì)條件，兩種支護(hù)參數(shù)下巷道都緊跟11-3煤層頂板施工，巷道采用矩形斷面，斷面尺寸為：凈寬×凈高=5.0m×3.0m。
2.1 方案一
（1）巷道頂板采用7 根Ф20×2500mm 的20MnSi 左旋無縱筋螺紋鋼高錨桿加4.8m 長(zhǎng)的平鋼帶，錨桿間排距750× 800mm；
（2）巷道兩幫采用4 根Ф18×2200mm 專用螺紋鋼左旋超錨桿加2.8m 長(zhǎng)平鋼帶支護(hù)，錨桿間排距：920mm×800mm，。
（3）每2 排錨桿布置一套Ф18×7300mm 的錨索梁，錨索間排距2000×800mm；
（4）巷道采用鐵絲菱形金屬網(wǎng)護(hù)表；
（5）每根錨桿采用1 支K2360 和1 支Z2380 藥卷加長(zhǎng)錨固，預(yù)緊力不低于50kN，錨固力不低于100kN；錨索采用1支K2360和2支Z2380樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固，預(yù)緊力不低于80kN，錨固力不低于200 kN。

2.2 方案二
（1）巷道頂板采用7 根Ф22-M24-2800mmIV 級(jí)左旋錨桿專用螺紋鋼超高強(qiáng)預(yù)拉力錨桿加4.8m 長(zhǎng)的M5 型鋼帶，錨桿間排距：750mm×800mm；

（2）巷道兩幫采用5 根Ф20-M22-2500mm 左旋錨桿專用螺紋鋼高強(qiáng)預(yù)拉力錨桿加2.8m長(zhǎng)M4 型鋼帶支護(hù)，錨桿間排距：650mm×800mm。
（3）每2 排錨桿之間偏相鄰的工作面煤體側(cè)位置布置一套高預(yù)應(yīng)力錨索梁，距回采工作面煤體側(cè)布置一套走向高預(yù)應(yīng)力錨索梁錨索鉆孔，錨索規(guī)格Φ17.8×7.3m
（4）巷道采用鋼塑復(fù)合網(wǎng)護(hù)表；
（5）頂幫破碎處，施工3-4根單體錨桿加強(qiáng)，采用加長(zhǎng)錨固方式。
（6）點(diǎn)柱：每?jī)膳佩^桿在巷道頂板中間位置
（7）每根錨桿采用兩節(jié)Z2360型中速樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固，預(yù)緊力不低于60kN，錨固力不低于120kN；錨索采用三節(jié)Z2360中速樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固，預(yù)緊力不低于80kN，錨固力不低于200kN。

3. 支護(hù)效果對(duì)比分析
采取方案一中參數(shù)進(jìn)行支護(hù)時(shí)，巷道頂變形嚴(yán)重，三天之內(nèi)兩幫相對(duì)位移量達(dá)到了1.3m左右，頂?shù)装逑鄬?duì)位移量1.6m，其中頂板下層量達(dá)到了0.21m，根本不能保證施工安全，更不用說后期的使用和留巷，巷道只施工了約30m 左右就改為加棚支護(hù)。后來煤巷采用方案二中參數(shù)進(jìn)行支護(hù)，巷道頂?shù)装寮皟蓭拖鄬?duì)位移量大約經(jīng)過20d左右趨于穩(wěn)定，其變形曲線如圖4、圖5 所示。巷道頂板在超高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿錨索約束條件下其下沉量幾乎為零，兩幫相對(duì)位移量基本沒有，巷道變形主要表現(xiàn)為底鼓，底鼓量約為230mm，其巷道完全可以在不用修復(fù)下滿足安全使用要求。兩種支護(hù)參數(shù)下巷道支護(hù)效果相差如此之大，具體分析主要有三個(gè)原因：
（1）從支護(hù)材料上講，方案一采用的是20MnSi 左旋無縱筋螺紋鋼高錨桿和平鋼帶，方案二中采用的是左旋錨桿專用螺紋鋼超高強(qiáng)預(yù)拉力錨桿和M 型鋼帶[3]。方案二種的支護(hù)材料是煤巷錨桿的升級(jí)產(chǎn)品，剛度強(qiáng)度和延伸率都高于一般的支護(hù)材料，且其能更好的適應(yīng)深井高地壓軟巖巷道的變形特征；

（2）方案一的錨桿長(zhǎng)度小于方案二中所采用的錨桿，而實(shí)測(cè)巷道松動(dòng)圈[4]為2.3m 左右，因此方案一中錨桿有效的錨固范圍在巷道開挖引起的圍巖破碎帶內(nèi)，且施工時(shí)要求的預(yù)緊力較低，雖然能夠在巷道周邊利用圍巖本身形成一點(diǎn)承載結(jié)構(gòu)，但無法有效約束深部巷道圍巖由彈性區(qū)向破碎區(qū)轉(zhuǎn)變，因此就無法有效約束巷道整體變形；
（3）兩種支護(hù)參數(shù)提供的支護(hù)強(qiáng)度不同。方案一是采用的一般錨梁索網(wǎng)支護(hù)，方案二采用的是超高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力組合錨桿支護(hù)[5]。不論是從鋼帶的強(qiáng)度和剛度上，還是從錨桿錨索所能提供的約束力上，方案二都優(yōu)于方案一很多。同時(shí)相關(guān)研究表明對(duì)于深井軟巖煤巷，超高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力組合錨桿支護(hù)能夠及時(shí)提供更高的支護(hù)強(qiáng)度，使圍巖本身更容易形成承載結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到有效限制巷道圍巖變形的目的。
4. 結(jié)論
通過以上對(duì)比分析可知，對(duì)于深井軟巖煤巷支護(hù)，只有通過升級(jí)支護(hù)產(chǎn)品，提高單位面積內(nèi)的支護(hù)強(qiáng)度，運(yùn)用超高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力組合錨桿支護(hù)，同時(shí)采用超高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索梁來強(qiáng)化頂板，降低兩幫應(yīng)力集中程度，充分調(diào)動(dòng)圍巖自身承載能力形成承載結(jié)構(gòu)，才能夠?qū)崿F(xiàn)深井軟巖煤巷長(zhǎng)期穩(wěn)定。