锚喷支护在破碎岩巷的使用.docVIP

锚喷支护在破碎岩巷的使用 　　摘 要：文章以曲斗煤矿二号井上姚采区+395运输大巷为例，揭示了其变形破坏机理，提出破碎岩巷二次锚喷支护技术，工程实践表明该支护方式能够抑制围岩大变形，取得了良好支护效果。 　　关键词：破碎岩巷;破坏机理;二次锚喷;应力均匀化 　　中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）36-0034-01 　　 随着煤炭开采强度的不断增加，巷道掘进与维护工程量日益增多。尤其当巷道所处围岩地质条件复杂时，巷道掘进后围岩多处于松散破碎状态;高围压状态下围岩积聚了大量变形能，使得巷道围岩表现出初期变形速率快、整体收敛、四周来压以及强烈变形等特点，破碎围岩巷道支护已成为深部煤炭开采亟待解决问题。 　　1 工程概况 　　 曲斗煤矿二号井上姚采区+395运输大巷的地层为侏罗系上统长林组（J3c）岩性复杂，从沉积岩―火山碎屑岩―熔岩都有。它们有沉积砂砾岩，细―中―粗粒砂岩、粉砂岩、凝灰质砾岩、火山角砾岩、凝灰质页岩、凝灰岩、流纹岩等。岩石质量劣，岩石完整性差。岩层顶板发育，水平层理，伴生褶皱及分支断裂发育，将其划分为“三层结构型”，其主体构造为一复杂的复式向斜、在剖面上主要发育了三条缓断裂，均呈“舟状”（厚度gt; 300 m。呈断层接触。岩石质量劣，岩石完整性差，巷道原支护为一次锚网喷支护成巷方式，围岩变形收敛情况十分严重，影响矿井正常的生产开采活动。 　　2 巷道变形破坏机理 　　 对该巷道地质情况进行分析发现，巷道变形破坏因素是多方面的，各因素所引起的影响程度各不相同。综合分析可知，巷道变形破坏因素主要为以下几个方面。 　　2.1 地应力大 　　 对巷道围岩进行应力测试得出，巷道围岩所处地质条件较为复杂，断层、动压等影响使得围岩所受地应力极大，围岩碎涨蠕变情况较为严重。 　　2.2 围岩性质 　　 该运输大巷巷道所处围岩性质主要为粉砂岩，并且围岩中含有遇水膨胀的高岭石与伊利石，围岩整体较为破碎，属于Ⅳ～Ⅴ类围岩。巷道围岩存在严重的开石蚀变和风化现象，局部地段围岩在高地应力作用下具有明显的工程软岩特性。随着巷道服务年限的增长，围岩碎裂现象日益严重，围岩中积聚了巨大碎涨变形能，增加了巷道支护的难度。 　　并且，由于碎涨变形能在围岩中的不均衡分布，其施加在支护结构的力亦不均匀，使得支护结构局部受力过大而出现严重破坏。 　　2.3 巷道掘进 　　 该巷道掘进方式为爆破，爆破会加速围岩破碎松动，使得浅部围岩松散破碎程度加剧。 　　2.4 原支护方案不合理 　　 该巷道原有支护方式为一次锚网喷支护成巷方式，巷道支护初期就表现出明显的破坏变形，表现为部分锚杆断裂、顶部掉渣剥落，后期甚至出现严重的巷道变形现象。分析其原因主要有两个方面：其一，巷道支护阻力不够，高地应力作用下锚网喷支护阻力不能够承载外部巨大的弹性能;其二，支护方案不合理，由于巷道围岩较为松散，锚杆支护在其中并不能发挥良好的控制效果。 　　3 破碎岩巷围岩稳定性控制 　　 分析巷道变形破坏特征及机理可知，传统的单一支护方式很难达到破碎围岩稳定性控制的目的。同时，由于巷道围岩中积聚了大量的碎涨变形能，一味增加支护刚度不符合深部围岩控制原则。结合相关工程施工技术与围岩控制理论，设计对轨道大巷采用二次锚喷支护方式。 　　3.1 二次锚喷支护机理 　　 深部巷道围岩稳定性控制的关键在于充分发挥围岩自身承载能力，将支护体与围岩视为统一的支护结构。相较于支护强度较大的U型棚支护而言，一次锚喷支护具有一定的主动性与支护柔性，能够释放部分围岩变形能，支护效果要更好。但两种支护方式都存在柔性差、可缩性小的问题，支护以抗压方式为主，难以调动围岩自承载能力，在深部破碎岩巷支护中差强人意。因此，深部破碎岩巷支护体亦需要兼顾“主动与被动”、“让压与抗压”，二次锚喷支护就是基于此提出的支护方式。 　　二次锚喷支护机理为：①初次锚喷施以一定强度支护结构，允许围岩在不影响巷道安全使用的前提下释放部分膨胀变形能，转移应力峰值至深部围岩，降低作用在支护结构上的载荷大小。②二次锚喷支护结构强度要大于第一次锚喷，选用高强度的锚杆或者锚索作为支护材料，支护体需具备较大的预紧力与延伸量;二次锚喷的作用在于强化初次锚喷支护体结构，改善深部破碎围岩受力状态，抑制塑性区与松动区围岩的扩展，补强两帮、底角等支护薄弱环节，提升支护体整体承载能力，其支护结构如图1所示。通过二次锚喷结构的动态耦合支护，改善支护圈内所有锚杆受力载荷，使得围岩应力场更加均匀，协调发挥围岩与支护体共同承载能力，维持二者强度、变形、结构的稳定性。 　　3.2 支护参数 　　 新支护方案施工工艺为：扩修至设计断面