[深部软岩巷道一二次支护距离时空关系探索与研究] 软岩巷道支护方式

　　摘要:随着矿井开采深度的不断加大,深部煤层巷道支护成为开采的制约因素。本文以协庄煤矿在软岩控制方面提出的锚喷二次支护控制围岩的支护技术为例,分析研究巷道在一次支护围岩变形稳定后,何时进行二次支护,使一、二次支护共同支承围岩应力,给巷道围岩提供最终支护强度和刚度,同时起到安全储备的作用,保证巷道为了保证在较长时间的稳定和服务期的安全。
　　关键词:深部软岩巷道 支护 时空关系
　　1、矿井概况及现状
　　协庄煤矿目前开采深度已处于-800m以下,正在开采的-850水平和开拓延深的-1100水平埋深已达1000m以上,随着采深的不断增加,深部软岩高应力、低强度、膨胀性、流变性特点愈来愈明显,软岩控制问题愈加严重,巷道维护难度越来越大。
　　2、“喷锚喷、锚网喷”二次支护工艺研究分析
　　“喷锚喷、锚网喷”二次支护工艺分两个阶段。第一阶段进行一次支护,即初喷初锚,如下图所示。巷道开挖后,立即喷射混凝土,充填爆破后巷道周边岩面裂隙和超挖凹坑,阻止危岩冒落,并快速封闭围岩,防止潮解风化。初凝后立即打眼安装锚杆,锚杆间排距0.8～1.0m,作为临时支护;然后复喷一层混凝土,一次支护喷层总厚度达到设计喷层厚度的80% ,使巷道成型光滑、平整。第二阶段,在一次支护基础上,进行二次支护,即为“锚网喷”支护。在滞后掘进迎头30～50m进行施工,此时围岩已产生较大变形,围岩中高应力得到释放,变形趋于稳定。二次支护的作用在于控制松动区的发展。二次支护的锚杆间距与一次支护相同,布置在一次支护锚杆的中间位置。两者形成复合结构,外层锚杆和金属网不仅加固了围岩,而且将喷层、金属网和围岩组合成一体,形成共同的支护体,从而保持围岩的长期稳定。
　　3、“喷锚喷、锚网喷”二次支护特点
　　巷道开挖后立即喷一薄层砂浆或混凝土30mm,可充填爆破后产生的岩面裂隙凹穴,阻止危岩掉落,减小围岩应力集中,增强围岩强度;及时封闭围岩,防止空气和水对围岩的风化潮解。初喷后立即用锚杆加固,所提供的支护抗力可使巷道围岩壁面由单、双向应力状态转化为三向应力状态,提高了围岩的强度与稳定性,减小围岩初始位移量。
　　一次支护“锚网喷”支护工艺在初喷后打锚杆的同时挂金属网,造成复喷时的混凝土喷层处在网的外面,使整个支护体的柔性差,可缩性小,不适应深部巷道或软岩巷道的支护体应具有较大可缩性的要求。新工艺采用在初喷并安装锚杆后,先不挂网,滞后迎头30～40m时复喷,大部分的混凝土喷层可与围岩紧密地结合在一起,柔性强,可缩性大,能更好地发挥喷层的柔性特点。巷道在开挖后,破坏了岩体原有的应力平衡,在应力重新分布达到平衡的过程中,围岩应力释放,造成巷道变形。原一次“锚网喷”支护工艺是在迎头后5～20m进行复喷,即完成整个支护过程。这时围岩还处于掘进变形阶段,还要释放部分变形能,支护结构要承受较大的变形压力。对于深部巷道和围岩条件差的巷道,这个阶段的变形量较大,必然会对喷层造成破坏,后期就会出现喷层起皮开裂等现象。
　　“喷锚喷、锚网喷”支护工艺是在迎头后30～40m处进行复喷,按班进1.8m计算,即在开挖后6～7天时间开始复喷。此时围岩应力已得到较充分的释放,围岩变形速度递减并趋于稳定,加上初喷喷层和锚杆具有柔性特点,允许围岩有一定量的变形,围岩的变形已很小,对复喷喷层已构不成破坏,避免了喷层开裂现象。
　　“喷锚喷、锚网喷”支护工艺是在迎头推进20～30天以后进行二次支护,这时巷道已基本稳定,在复喷的基础上再进行打锚杆挂网,大大增强支护结构的刚度和强度,可有效地控制巷道的变形,达到最终平衡状态,使锚喷支护的先柔后刚、先让后抗的支护特点更好地发挥出来。
　　4、现场研究论证
　　为验证第2次锚喷支护最佳支护时间,在-850三采运输下山巷道掘进过程中进行了统计。-850三采运输下山位于-850m水平三采区,地面标高+151.04 ～+151.25m,井下标高-910.8～-1028.1m,地面无村庄、河流及其它建筑物。巷道通过范围中煤岩层揭露依次为粉砂岩、煤4、砂质页岩。采区东部、南部为-850二采区正在开采,以西为剥蚀边界,以北为F20断层断柱,该巷道上覆二层及下伏六、十一、十三、十五均未开采。
　　巷道采用喷、锚网喷、锚喷支护,巷道主要断面为半圆拱形,净断面10.2m2。巷道实施全断面一次掘进、一次打眼、一次定炮、一次起爆等施工技术。一次支护用φ22mm×L2400mm的全螺纹钢等强锚杆作为辅助临时支护。二次锚杆采用φ22mm×L2200mm的600＃高预紧力锚杆,网采用编织式经纬钢筋网,使用φ6.5mm盘圆条,网格尺寸100×100mm。（附-850三采回风下山正常巷道断面永久支护图）
　　岩巷的流变时效性对巷道支护结构提出了时间过程匹配的要求。最佳第2次锚杆支护时间是最大极限地发挥围岩塑性区承载能力而又不出现松动破坏,受多种因素影响。
　　通过长期对表面位移量的观察统计,结果表明:第20天进行第2次锚杆支护,巷道变形未收敛,此时二次锚杆支护后巷道的继续变形量较大,最终变形量顶底板140mm,两帮位移63mm,顶底板在第2次锚杆支护后的变形量有36mm,两帮收敛量19mm,可见第2次锚杆支护过早。30～40天后进行第2次锚杆支护后,顶底板移近量约17mm,两帮变形量8mm,围岩控制效果明显。第60天进行第2次锚杆支护后,巷道变形增长缓慢,但巷道需较长时间收敛,也可能使初次支护的锚杆失去作用。考虑其它因素影响,第2次锚喷支护最佳支护时间为30～40天。
　　-850三采运输下山在经过一次锚喷支护后的巷道混凝土表面表现为出现鳞、片状剥落的高地应力腐蚀现象时,是实施二次锚喷支护的最佳支护时间,根据现场调查,张性、张扭性裂纹宽度达到1～3mm,或者巷道表面各点变形量达到设计余量的60%,并结合岩巷掘进工艺和安全生产的要求,确定实际的第2次锚杆耦合支护时间,-850三采运输下山的二次锚喷支护实时间为一次锚喷支护后30～40天左右实施。
　　5、结语
　　通过对深部巷道一二次支护距时空关系进行分析,确定了实施二次锚喷支护的最佳支护时间,通过现场理论研究和现场观察分析支护效果,取得了良好的效果,得出了我矿深部巷道二次锚喷支护的最佳支护时间,保证了我矿的安全高效快速发展,对指导同类型巷道掘进提供理论基础和技术指导,具有广泛的推广应用前景。