深部巷道变形观测与支护研究.doc

矿井深部巷道变形观测与支护研究 李明国 [肥城矿业（集团）公司曹庄煤矿] 摘要：曹庄煤矿随着开采深度的不断增加，地压逐渐增大，矿压显现剧烈，巷道底鼓片帮变形严重，支护越来越困难。特别是-480m水平大巷、副巷、水仓、泵房、变电所、火药库等井项工程将为多个采区生产服务，如何加强巷道观测，掌握巷道矿压显现规律，采取有针对性的巷道支护和围岩控制技术，确保巷道在服务年限内的安全正常使用，是我们在施工中重点研究的关键问题。 关健词：巷道 变形 观测 支护 研究 1 工程概况 曹庄煤矿-480m水平（三水平）主要包括大巷、副巷、水仓、泵房、变电所、火药库等井项工程，总工程量为12620m，服务年限16.9年，根据-480m副巷施工过程中揭露的两条东升西降落差为7m、2m的倾向正断层及若干条落差小于1.5m的断层，致使该水平大部分巷道在断层附近施工，穿层掘进，支护难度极大。-480m水平井巷工程巷道宽度为3~4.5m，交岔点最大跨度为10m，目前-480m副巷已掘进400m，-480m大巷已掘进100m，均采用锚网喷和锚索联合支护。 2 矿压观测 2.1 矿压观测方法 观测试验在-480m大巷掘进巷道中每隔30米布置一个观测点，共布置3个观测点，每个测点均布置了表面收敛测点和位移测点，观测巷道的表面收敛量及围岩深部移动情况，并每隔40米安装顶板离层检测仪以便直观监视顶板离层情况。 经过近2个月的观测，巷道经过掘进期间的影响，证明是稳定、安全的。表1为主要观测数据整理结果。 表1 主要观测数据整理结果 项目 测点 位移（mm） 最大位移速率（mm/d） 表 面 收 敛 上帮 平均 22.5 6.0 下帮 平均 14.2 4.0 顶板 平均 11.1 5.7 不 同 测 点 的 位 移 上帮 1 14.9 33.6 2 8.5 13.6 3 4.4 10.6 下帮 1 12.8 13.4 2 9.4 10.6 3 4.9 1.6 顶板 1 8.2 4.3 2 5.8 3.0 3 1.8 1.6 2.2 观测数据位移分析 对观测点和表面收敛观测结果综合分析发现，巷道快速收敛期约为4~7d，掘进影响稳定期为28~32d，加上安装测点时该巷道已掘进1d，则该巷道快速收敛期约5~7d，掘进影响稳定期约为29~33d，其中上帮稳定期稍长，变形量也明显比下帮和顶板大，这与上帮巷道高度大且靠近断层有关。 从表面收敛及位移测点观测各阶段位移量及位移速率来看，试验巷道是稳定的，支护效果良好。 试验巷道的测量结果反映出，巷道超前支承压力明显地分为3个阶段，分别是40~25m、25~15m、15~0m，这表明老顶经历了轻微变形、断裂、变形铰接拱3个阶段。 3 支护方案和施工方法的确定 3.1 支护方式参数的选取 我们在现场施工时选取锚网喷支护与锚索加强支护的方式联合支护；一般巷道（如：大巷、水仓、火药库等）只采用锚网喷支护，锚网喷支护时支护参数的选取可根据组合拱和围岩的悬吊理论来选取；特殊巷道（如：交岔点、泵房、变电所及断层附近的巷道等）采用锚网喷与锚索支护参数；两帮为煤体及在围岩破碎带掘进时并使用钢筋梯加强支护。 3.1.1锚网喷支护参数选取 ①锚杆长度计算： L= KH + L1 + L2 式中：L — 锚杆长度，m； H — 冒落拱高度，m； K — 安全系数，一般取K=2； L1 — 锚杆锚入稳定岩层的深度，一般按经验取0.7m； L2 — 锚杆在巷道中的外露长度，一般取0.1m； 其中：H=B／2f= 4.5／(2×4)= 0.5625(m) 式中：B — 巷道开掘宽度，取4.5m； f — 岩石坚固性系数，粉砂岩取4； 则L=2×0.5625+0.7+0.1=1.925(m) ②锚杆株距、排距计算，通常株排距相等，取a： a=Q／(KHR) 式中：a — 锚杆株排距，m； Q — 锚杆设计锚固力，64KN/根； H — 冒落拱高度，取0.5625m； R — 被悬吊砂岩的重力密度，取30.48KN/m3； K — 安全系数，一般取K=2； a=64／(2×0.5625×30.48)=1.866(m) 通过以上计算，采用锚网喷支护时，支护参数为： 树脂螺纹钢锚杆：选用直径18mm、长度2100mm的等强度螺纹钢锚杆，杆体由20MnSi螺纹钢筋经过特殊加工制成。 树脂药卷：采用MSCK2535型树脂锚固剂，锚固剂直径25mm，长度350mm，每孔2块。 金属网：采用直径4mm冷拔铁丝焊制而成，网的规格为长×宽=1800mm×1000mm，网格的规格为长×宽=100mm×100mm。 托盘：采用6mm厚的钢板压制而成，托盘中间为圆弧型，四周为正方形，规格