强膨胀软岩巷道松动卸压支护技术研究（一）

         摘 要:古汉山矿西大巷围岩为强膨胀软岩。通过采用松动卸压支护技术,有效控制了巷道的强烈变形,提高了掘进速度。
关键词:强膨胀软岩;松动卸压支护;锚注支护;注浆锚杆
文献标识码:B 文章编号:1002-6029(2005)01-0017-04

1 概 述
         焦煤集团古汉山矿设计生产能力1.2Mt/a,服务年限53a。矿井采用立井开拓方式,单水平上下山开采,井口标高+96.0m,井底车场水平标高-450.0m,一水平开采深度550"600m。矿井水文地质条件复杂(煤层底板距八灰平均36m),开拓巷道均处在煤层顶板软岩层中;加之受泥岩软化、膨胀压力、支承压力、底板水压力等多种因素影响,巷道变形破坏严重。

         多数巷道前掘后修,大部分地段底鼓量达到0.5"1.5m,并伴有两帮位移、冒顶等现象,对矿井通风、行人和运输造成严重影响,威胁矿井安全生产。该矿西大巷变形破坏尤为突出,巷道围岩矿压显现为大地压、大变形、难支护。西大巷已掘巷道一次支护为锚网喷;二次支护先后采用过锚网喷、锚索、工字钢支架、混凝土碹及联合支护等多种形式,均不能控制围岩的强烈变形。针对西大巷变形破坏特点,古汉山矿开展了松动卸压支护技术研究。采用主动卸压方式,释放强大的地应力,使巷道围岩处在低应力区和围岩松弛带;然后在适当的时间内,对围岩进行封闭注浆加固,使围岩产生自支承能力,取得了很好的效果。

2 巷道破坏原因分析

2.1 巷道围岩的结构特征
         古汉山矿西大巷处于复杂岩层结构层位中,巷道顶板由浅到深依次为泥岩(2.6m)、砂质泥岩(4.8m)及粉砂岩(1.4m);巷道底板依次为砂质泥岩(3.0m)、泥岩(4.5m)及粉砂岩(6.6m);巷道两帮依次为砂质泥岩(1.4m)、泥岩(1.1m)、砂质泥岩(0.5m)、泥岩(1.0m)及砂质泥岩(3.0m)。巷道顶板泥岩强度低、稳定性差,属于易破坏软岩层;底板砂质泥岩属于软岩;两帮为泥岩与砂质泥岩互层,为极不利的结构构造形态。由此可见,西大巷整体处于强度较低的岩层中,且岩层的结构构造特征为软硬相间的不利结构形态。

2.2 地应力引起巷道变形分析
         古汉山矿主井检查孔在505.2"597m深范围内穿过21层岩层,其中有14层岩芯中见裂隙滑面或挤压破碎现象。副井检查孔在309.29"583m深范围内穿过44层岩层,其中有32层岩芯中见裂隙滑面或挤压破碎现象,且519.74"521.14m 段有F4断层角砾岩,岩芯呈片状。副井地质观测孔在420.89"546m深范围内穿过34层岩层,其中有29层见构造裂隙滑面或挤压破碎现象。

2.3以上情况说明古汉山矿地层存在明显的构造应力场。
         古汉山矿西大巷标高-450m,垂深545m。巷道揭露的大断层有3条,落差达47m,构造复杂。从地应力测试结果可知,垂深420m 以上,地应力与垂深呈线性关系;420"500m之间,地应力与垂深呈非线性关系,最大水平应力23MPa,最小水平应力15MPa;垂深达到460m,即为高应力影响区。分析研究认为,巷道在很大的水平挤压应力作用下,顶板与底板岩层承受水平构造应力作用;而巷道两帮围岩由于解除了应力,处于弹性恢复状态。因此,构造应力主要引起巷道顶板岩层产生挤压破坏,引起巷道底板岩层产生屈曲破坏。

3 松动卸压支护机理
松动卸压支护是在围岩裸露后及时进行锚网支护,然后架设工字钢支架。巷道掘进后,围岩应力重新分布,峰值过后形成应力集中,并产生支承压力。支承压力峰值远大于围岩强度,使围岩产生很大的塑性变形。围岩巨大的变形能作用在支架上,使支架产生集中载荷。当支架所受载荷远大于支架工作阻力时,支架就会失稳破坏。如能及时对围岩卸压,释放围岩变形能,使支架所受载荷始终小于支架工作阻力,支架就不会失稳破坏。根据支护原理,施工中通过人为方法在支架受力集中区(或应力集中区)或关键部位等处适时释放围岩变形能,减小支架所受的围岩压力,可保持支架稳定;待围岩动态松动圈发展为稳定松动圈时,及时进行二次锚注支护,对松动围岩进行注浆加固,可使围岩由无约束松动状态变为具有抗压、抗拉、抗剪、抗扭曲等能力,能适应复杂应力应变状态的支护体，达到永久支护效果。

4 西大巷松动卸压一次支护设计方案
在上述支护原理基础上,根据西大巷生产技术条件和要求提出一次支护设计方案。

4.1 巷道规格
        根据生产技术要求,西大巷(半圆拱形断面)稳定后宽为4.5m,高为3.75m,墙高为1.5m。考虑围岩收敛变形,两帮预留变形量200mm,顶、底预留变形量100m。

4.2 支护方式及参数
         一次支护为锚网架棚。架棚采用矿用11号工字钢制作,分节长度按断面要求确定。支架排距0.5m,架间用防倒器连接牢靠。普通锚杆规格为Ф20mm×2400mm。普通树脂锚杆在直墙以上布置,间排距均为800mm。钢筋网采用Ф6mm 冷拔钢筋焊接而成,网孔尺寸100mm×100mm,网片规格2.1m×1.1m。网片搭接100mm,用连网丝紧密联接,保证强度。巷道顶板铺设粉煤灰袋卸压。

4.3 施工工艺
巷道掘进后,及时实施锚网架棚一次支护;并组织力量,及时释放应力集中区围岩变形能,减小支架所受的围岩压力,使支架始终保持稳定状态。一次支护后,开始进行矿压监测,及时进行二次注浆加固。围岩不稳定松动圈发展为稳定松动圈所对应的时间,即为进行二次注浆加固的时间。

——待续。。。