构造应力与动压耦合作用下巷道修复技术探析

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[摘 要]通过对杨柳煤矿东翼胶带大巷在构造应力及次生高地压共同作用下巷道修复中所遇到的技术难题进行研究，结合现场实际情况，提出了锚网喷+锚索+注浆复合支护的修复措施，有效地控制了巷道的变形量，确保了巷道的有效使用，为今后矿井巷道修复提供了可靠的技术保障。

[关键词]构造应力 次生高地压 巷道修复 变形量

中图分类号：TD26 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0117-01

前言

随着淮北矿业南部新建矿井的投产、生产矿井的快速延伸，开采深度加大，岩体应力急剧增加，复合型巷道的支护比重加大，在矿区占较大比重的顶板结构复杂区域、区域构造应力突显区域、整体围岩强度恶化、邻近区段开采影响等多种因素综合作用下的巷道（称复合型巷道）采用现有支护技术效果不理想。制约生产安全的矛盾十分突出，是矿区巷道支护成本居高不下，维护状况恶劣的主要原因。锚喷支护巷道的破坏形式多种多样。主要表现形式有：①、浆皮脱落，锚杆间的围岩松动、锚杆失去支护作用。②、部分锚杆断开或从锚杆根部整体脱落。③、巷道顶底板移近量（两帮移近量）大，不能满足安全生产的需要。

为保证矿井生产安全，矿井不得不抽调部分掘进队从事修护工作，不但浪费了大量的人力、物力、财力，影响矿井的正常生产接替，还严重制约了矿井的灾害治理工程实施和安全生产。因此复合型巷道修复问题成为矿井乃至整个集团公司安全生产急需解决的重要问题之一。

1、工程概况

淮北矿业集团杨柳煤矿东翼胶带大巷，为矿井一水平主要开拓巷道，担负着矿井东翼的煤炭运输任务，是矿井安全生产的咽喉通道。

东翼胶带大巷依托戴庙断层（∠50～75° H=60～240m）保护煤柱，布置在8煤底板，10煤顶板，初期服务于104采区。104采区采用盘区布置，条带式回采。10煤层为104采区主要可采煤层，位于山西组的中部，上距铝质泥岩58.7m。下距太原组一灰顶界面约61.7m。煤层厚0～4.58m，平均厚2.51m。煤层顶板以砂岩、泥岩为主，粉砂岩零星分布，在10煤层上15m左右，局部发育1～2层薄煤线或炭质泥岩。

10煤层老顶：细砂岩、中砂岩所占比例最多，占51.7%，砂岩老顶厚度4.20～28.83m，部分钻孔被岩浆岩代替，岩浆岩老顶占13.8%厚度48.09～66.50m。直接顶板：多数为复合顶板，岩性为泥岩、粉砂岩、细砂岩。伪顶：岩性为泥岩、炭质泥岩，厚度0.2～0.97m。

根据《杨柳煤矿104采区地质说明书》，104采区地层岩性复杂，地质构造复杂程度为中等（Ⅱ类），特别是小构造十分发育，10煤层顶底板局部存在有软弱夹层及断层破碎带，岩浆岩对煤层顶底板破坏严重，施工条件变差，局部地段易发生井巷工程地质问题。

东翼胶带大巷巷道断面设计净宽×净高=3600×3200mm，采用锚网喷支护，受地压及采动影响，巷道顶、帮离层开裂，底鼓严重，已不能满足安全生产的需要，急需对巷道进行修复。

2、巷道变形机理分析

（1）底臌

造成底臌的原因有两个：第一，底板的受力状态；第二，岩性较差。成巷后，因原先作用在底板上的竖向地应力被解除，导致原先的三向压应力状态改变为二向应力状态，原先作用在底板上的竖向地应力降为零，依据库仑――纳维尔强度准则，底板的抗破坏能力降低数倍，在岩性较差的情况下，底板岩体很快破碎，岩体破碎形成的碎胀必然导致体积增大，由于巷道中仅底板上方存在位移空间，因此底臌发生不可避免。

（2）片帮

环向应力圈中较高的环向应力会使巷道围岩发生较大的环向和径向应变，最终以径向位移的形式表现出来，由于围岩与喷射混凝土之间存在天然节理，且物理力学性质差异较大，刚度值也明显不同，因此在围岩发生变形的过程中，围岩与混凝土之间必然产生错动，当受到的压力值超出混凝土承受的极限值时，在墙拱交界处混凝土就会产生较大剪切裂缝，墙体部位混凝土与围岩分离即不可避免，片帮由此形成。无论水平地应力大于竖向地应力，还是竖向地应力大于水平地应力，均会造成片帮。

（3）顶部混凝土冒落

拱顶部位环向应力圈紧贴拱顶，当水平地应力较大，拱顶部位围岩会发生较大的径向位移，由于整个拱部各部位围岩的受力并不均匀，相应的围岩变形也不一样，一方面造成混凝土与围岩之间分离，另一方面使得局部混凝土受力过大，当混凝土强度不能满足要求的情况下，拱部混凝土即发生破裂、冒落。

3、支护机理分析

对于岩石巷道而言，围岩的松动圈越小越好，因为松动圈越小，巷道的有效断面尺寸就会较小，相应的应力集中程度就会较小，即有效断面的边界上经重新分布而产生的与边界相切的应力值就会相对较小，如果将库仑――纳维尔准则： 1 [（f2+1）1/2-f]- 3 [（f2+1）1/2+f]=2C作为岩石破碎的强度准则，显然当1较小而？3较大时围岩就不会发生破碎，松动圈就会稳定下来，巷道的变形就不会进一步发生。如若3不能保持一定的数值，松动圈岩体进一步破碎，势必会导致巷道变形。

松动圈越大，抑制松动圈扩展所需要的支护强度就越高，否则难以保证？3的数值。因此有效地提高支护体强度是保证巷道稳定的必需措施，对于东翼胶带大巷实际情况，提高支护体强度的措施可概括为如下三条：

（1）通过注浆，将松散破碎的围岩胶结成整体，从而减小松动圈范围；

（2）通过锚杆+金属网，有效的控制3的数值，从而抑制松动圈的进一步扩展；

（3）通过锚索，可以穿过围岩松动圈或破碎带达到深部稳定岩层中，将潜在垮落范围内的顶板岩层悬吊在其上部稳定的老顶岩层上，主动支护围岩，保持其完整性。

此外，支护体具有较高的支护强度，同时在巷道底板两侧施工斜向锚杆，会在巷道底板中产生一个有效的作用区域，在这个区域内，支护体会给巷道底板两侧的岩体一个斜向外的被动作用力，这一被动作用力会在底板发生变形过程中水平地应力大为减小，从而抑制底臌的持续发生。

4、支护方案及支护参数

1）、巷道修复支护形式

采用锚网喷+锚索+注浆复合支护形式。

2）、支护参数

①、锚杆使用φ22×2800mm左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆 ，锚杆间排距800mm×800mm，每根锚杆采用两卷K2950树脂锚固剂锚固，金属网采用φ6.5mm钢筋加工，规格长×宽=1200×1000mm，网格尺寸100×100mm，顺茬搭接，压茬100mm，用双股12#铁丝扎牢，托盘规格：150×150×12mm，托盘要紧贴岩面，必须垂直岩面，夹角不小于75°，最下方一排锚杆距底板不大于200mm，角度不小于70°，未接触部位要楔紧垫实，外露长度10～40mm。

②、喷射混凝土：喷浆料配比，水泥：黄沙：石子=1：2：2，速凝剂量为水泥重量的3%～5%。初喷40mm，复喷80mm，平整度不大于50mm，喷后不得有蜂窝麻面等现象。

③、锚索采用φ17.8×10000mm钢绞线，一排3根，间排距1600×1600mm。每根锚索采用1卷K2550和2卷z2550树脂锚固剂锚固，托盘规格：400×400×10mm，外露不大于200mm。

④、注浆：水灰比为1：1，注浆压力终压为2MPa。注浆锚杆采用中空螺纹钢锚杆，规格为Φ20×2000mm，杆体垂直于巷道轮廓线，最下方一根倾角以30°为宜，距底板不大于30mm。注浆锚索采用φ22×L6300mm。株排距：1600×1600mm，每排打3根。注浆压力不超过4.5Mpa，注浆量以不发生大量跑浆为准。

5、结束语

杨柳煤矿东翼胶带大巷修复在运用此项修复技术措施以来，巷道支护效果明显，且未出现巷道掉浆皮现象，巷道变形量小，满足了安全生产的要求，初步解决了构造应力与次生高地压耦合作用下巷道围岩变形的修复治理技术。为矿区同类条件下的巷道修复提供了良好的指导和借鉴。

作者简介：鲍超（1968年3月～），男，安徽巢湖人，1991年毕业于淮北矿建职工中专矿建专业，现任淮北矿业集团杨柳煤业公司修护区区长.