深井软岩巷道支护研究

科技论坛　・ｌ４７・　深井软岩巷道支护研究　廉贵龙　（山西中煤华晋能源有限责任公司王家岭煤矿，山西运城０４３３００）　摘要：为了验证支护技术的合理性，利用ＣＯＭＳＯＩ　有限元数值模拟软件进行了不同支护条件下的数值模拟计算，分析不同支护备　件下巷道围岩以及支护体应力一应变特征，从而论证了“锚网索喷＋Ｕ型钢可伸缩性支架”联合支护技术对于深部软岩巷道稳定性控制具　有良好的效果，也大大降低了深井软岩巷道在返修及支护的费用。　关键词：深井；软岩巷道；支护　１巷道目前情况　西主运输大巷建设时期采用锚喷支护，但支护效果不理想，巷　道变形破坏严重，局部地段甚至封闭整个巷道，直接影响矿井安全　生产。　１．１顶板下沉量大。顶板岩层下沉量大，严重地段施工＇卜多天后　顶板下沉量可达１　ｍ以上，巷道破坏严重，破坏主要形式为挤压破　坏，大部分锚杆由于锚同端的破坏而整体失效，丧失支护功能。　１．２巷道两帮移近量大西主运输大巷所处位置埋藏较深，属于　高应力巷道，巷道　岩载荷大，导致巷道两帮向巷道内部挤压严重，　两帮破坏明显。原始支护方式不能适应巷道变形规律，巷道失稳破　坏。由于西主运输大巷同岩具有膨胀性，遇水显著软化，更加剧了巷　道两帮的破坏情况。如图１。　２巷道支护参数设计　根据煤矿一６５０ｍ西主运输大巷围岩特征及国内外深部软岩巷　道同岩控制的成功经验，提出“锚网索喷＋ｕ型钢可伸缩支架”联合　支护方案，现对该方案进行支护参数设计。　２．１锚杆支护参数设计。锚杆锚索支护参数计算根据松动圈支　护理论采用组合拱计算方法。　锚杆长度：　￡一　ｌ＋￡２＋０　３　Ｌ２＝　图１巷道破坏情况　妇ｎｎ　＝旦三竺　ｔａｎ　４５＝ｂ一”　图１　式中：Ｉ－—锚杆全长；Ｉ　．——锚杆外露长度；Ｉ　『＿—啪杆的有效　以压应力为主。　长度，ｍ；　组合拱厚度；一锚杆锚人角度；ｍ——锚杆间排　４支护方案确定　距，ｍ；Ｉ厂锚杆锚同段长度；　４．１西主运输大巷，巷道设计长度１８００米，现已施工１９０米。由　本设计中，锚杆的外露长度包括：垫板厚度、螺母厚度等，一般　于西主运输大巷是维修巷道，原始巷道由于支护失效，巷道变形严　取０．１５ｍ；锚杆角度一般取４５。；锚杆锚固段长度～般取０．３　重，甚至断面全部封堵。根据巷道变形规律监测结果推测，巷道两帮　０．４ｍ。依据巷道支护围岩松动圈分类标准：稳定围岩，松动圈０　压力大于顶板压力，底板压力大于两帮压力。　４０ｅｍ，岩石完整且坚硬；较稳定围岩，松动圈４０　１５０ｅｍ，岩石较为　巷道维修施工方案采用ｚｗＹ一１８０／５５Ｌ履带挖掘式装载机掘进　完整且比较坚硬；一般稳定同岩，松动圈１５０　２００ｅｍ，岩石以硬岩　巷道。掘进后巷道局部采用锚杆、锚索进行简单支护。简单支护的主　为主，夹有少数软岩层，；不稳定同岩，松动圈２００—３００ｅｍ，岩石较　要作用是对嗣岩进行加固，尽量控制和减少围岩变形破坏。根据西　软；极不稳定同岩，松动圈＞３００ｅｍ，易风化潮解剥落的松软岩层及　主运输大巷变形规律监测结果，在巷道变形稳定之前进行二次支　各类破碎岩层。　护，时间确定为７天左右。二次支护的主要作用是进一步促进巷道　２．２根据西主运输大巷围岩松动圈测定结果，隔岩松动圈在　围岩的稳定，是在巷道同岩已产生一定变形和塑性能得到一定释放　２～２．２ｍ，属于不稳定同岩，ｂ根据同岩分类取值为：１．２；锚杆间排距　后进行的加强支护，以保证巷道周岩强度不会显著降低甚至变形破　取值为：０．８ｍ。则：锚杆长度：　坏。　４．２二次支护巷道断面为马蹄形三心拱断面，巷道宽度５．２ｍ，巷　￡＝￡１＋Ｌ　２＋￡３　道高度４．１ｍ，锚杆长度２．６ｍ，间排距０．８ｍ；锚索长度７ｍ，排距　（）．１５＋（１．２＋０．８）＋０，４　１．６ｍ，。在采取锚杆、锚索、锚网、喷射混凝土联合支护的同时，采用　２．５５ｍ　Ｕ２９钢架支护、钢架间距０．５—０．８米。具体支护参数包括：　ａ．基本支护方式：锚杆＋喷射混凝土；　本设计中锚杆长度取值为２．６ｍ。　３数值模拟　ｂ．补强支护方式：钢绞线锚索；　不同断面巷道在不同支护情况下应力、应变分析。图为圆形断　ｃ．永久支护方式：Ｕ型钢可缩性支架。　面巷道在无支护、锚喷支护和“锚网索喷＋ｕ型钢支架”联合支护情　ｄ．表面封闭方式：喷射混凝土，喷射厚度１００ｍｍ。　况下应力、应变分布情况。马蹄形三心拱断面巷道在无支护、锚喷支　ｅ．锚杆材料：２５ＭｎＳｉ左旋螺纹钢，顶板锚杆　２２　Ｘ　２６００ｍｍ，帮　护和“锚网索喷＋ｕ型钢支架”联合支护情况下应力、应变分布情　锚杆　２２×２５００ｍｍ；锚杆间排距：间排距８００ｍｍ，锚杆均沿垂直巷　况。从中可以得出，巷道在联合支护情况下，同岩应力、应变范同最　道轮廓线方向打设，锚固剂：Ｚ２３６０两支；锚杆托盘：厚度为１０ｒａｍ　小，塑性Ⅸ范同小，由此得出，“锚网索喷＋ｕ型钢支架”联合支护有　钢板穹形多功能锚索托盘，规格为１５０×１５０×１０ｒａｍ。　利于巷道同岩的稳定性控制。圆形断面巷道和马蹄形三心拱形断面　ｆ锚索材料：７股钢绞线，　２１．６×７０００ｍｍ；锚索布置方式：每排　锚固剂：Ｋ２３６０和Ｚ２３６０各一支。锚索托盘：厚　巷道同岩应力、应变情况分布相似，巷道两帮应力、应变大，顶底板　５根，排距１６００ｍｍ；应力、应变相对较小，两帮受力情况以压应力为主，顶底板受力情况　度为２０ｍｍ钢板穹形多功能锚索托盘，规格为３００×３００×２０ｒａｍ。　＝＝