深部软岩巷道锚喷网索耦合支护技术应用实践_软岩巷道

　　摘 要：随着矿井开采深度的不断增加，深部软岩巷道支护的问题日趋严重。本文通过现场监测分析了巷道变形破坏的原因，并利用软岩巷道锚喷网耦合支护技术对初始设计进行修改，有效地控制了巷道的变形，达到了预期的目的。
　　关键词：软岩巷道；锚喷网索；耦合支护
　　锚杆支护技术已在软岩巷道支护中得到了广泛的应用，而许多软岩巷道的锚杆支护设计都是凭借经验或工程类比法来完成的，一味地强调支护体的强度、刚度，忽略了软岩本身具有较大塑性变形的特点，从而盲目施工，造成巷道支护效果不理想，甚至由于巷道局部出现的塑性大变形得不到有效控制，致使巷道由局部破坏发展成整个巷道失稳。锚喷网索耦合支护技术充分地注意到了软岩巷道围岩本身具有的剧大变形能，并通过支护体与围岩相互作用，实现支护一体化、荷载均匀化，及时限制围岩由于塑性大变形产生不协调部位，实现巷道的稳定。
　　１　地质概况与巷道初始设计
　　１.1　地质概况
　　徐州矿务集团义安煤矿东三七煤运输下山巷道埋深850ｍ，按-17o坡度以220o方位穿层施工，由于巷道埋深大，已超过软化临界深度，巷道围岩呈现出大变形 、大地压、难支护的现象；加之受断层构造带的影响，巷道围岩十分破碎，其岩性为灰色泥岩，巷道开挖后泥岩吸附工程用水及空气中的水分，产生较大的塑性变形。
　　1.2 巷道初始设计
　　巷道初始设计采用工程类比法，支护方式为直墙半圆拱形锚喷网索支护方式，其主要技术参数如下：
　　①巷道支护规格（宽×高）为：3.４m×2.８m，全断面每排共布置1１根锚杆，锚杆选用直径２０mm,长2000mm的左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆，间排距为700mm×800mm，每根锚杆使用2卷Z2335型树脂锚固剂进行端头锚固，设计锚固力不低80KN，铁托盘规格为：120mm×120mm×10mm。
　　②钢筋梯规格：净长3.0m，由直径12mm的圆钢加工而成；金属网采用电焊平网，规格：网片尺寸２.4×1.0m2，网孔尺寸50×50mm2 。
　　③锚索：布置在巷道拱顶位置处，每４ｍ施工一根，锚索长度为５ｍ，每根锚索使用2卷Ｋ2350型树脂锚固剂进行端头锚固，设计锚固力不低于21t 。
　　④初喷混凝土厚度50mm，复喷厚度50mm。
　　2 巷道变形破坏状况及原因分析
　　２.1　巷道变形破坏状况
　　该巷道自2011年3月初开始施工，至2011年5月底共施工205m，经过近两个月的测点观测和日常观察发现：自巷道开挖后一周内出现整体变形，７天内巷道两帮移近量在90mm，顶板下沉量在55mm，锚杆虽并未出现断裂或较大的伸长现象，但巷道两拱肩处的围岩出现局部塑性大变形，造成巷道喷体开裂、脱落、出现坠兜，个别地段甚至出现钢筋梯在锚杆托盘处被剪断，金属网被撕裂，巷道急需进行修复。
　　２.2　巷道变形破坏原因分析
　　①支护体结构匹配不合理：对巷道围岩的局部大变形估计不足，巷道围岩破碎，锚杆虽有一定的延伸性，但锚杆托盘的护顶面积太小，锚杆与锚杆之间的围岩所受约束力较小，当围岩出现变形时，锚杆并不能将围岩控制在允许变形范围内；加之喷体、钢筋梯、经纬网的支护强度较小，造成钢筋梯、经纬网及喷体因受荷载超限而出现上述破坏的现象。
　　②锚索二次组合支护的部位不当：根据现场观察发现，巷道总是先从拱肩处发生破坏，进而造成整个巷道失修，虽然巷道内布置了锚索进行加强支护，但由于施工部位的不当锚索的支护作用没有得到充分发挥，并不能限制巷道的局部破坏。
　　３　巷道支护设计的修改
　　３.1　锚喷网索耦合支护技术的特征
　　锚喷网索耦合支护技术的基本特征在于强调巷道围岩与支护体在强度、刚度及结构上的耦合。强度耦合要求支护体有一定的伸缩性，以充分释放软岩的变形能；刚度耦合要求支护体有足够的刚度将巷道围岩控制在其允许变形之内，避免因过度变形而破坏围岩本身的承载能力；结构耦合是在巷道围岩产生不连续变形的部位进行加强支护，限制其不连续变形，防止因个别部位的破坏引起整个支护体的失稳。
　　３.2　巷道支护设计的修改
　　通过以上对巷道破坏原因的分析，我们认为巷道破坏的原因在于锚网与围岩之间和锚索关键部位未达到耦合，进而对巷道支护设计进行了如下修改：
　　①增加使用木托盘，实现锚网初次耦合支护：木托盘规格为：400mm×200mm×50mm，通过木托盘的使用，一方面可以增加锚杆的柔性，允许其有较大的变形；另一方面木托盘的护顶面积较大可充分发挥锚杆的主导支护作用，改善支护结构，避免了金属网和钢带在铁托盘处因巷道的不协调变形而发生剪切破坏。
　　②锚索二次耦合支护设计的修改：根据现场观察发现，巷道首先从拱肩处发生破坏，为限制该处的不连续变形，决定将锚索布置在巷道的拱肩位置处，每排两根，间排距为1200mm×2500mm，锚索长度为5m，同时将锚索由原来的紧跟迎头改为滞后迎头4天时间，锚索的预紧力为110KN。
　　4 支护效果
　　自巷道支护设计修改后，已施工有85m，通过设点观测及日常观察得出，自巷道开挖后一周内出现整体变形，７天内巷道两帮移近量约在90mm左右，顶板下沉量约在50mm左右，此后巷道的整体变形渐趋稳定，巷道两拱肩处的围岩变形得到了有效的控制，开裂、脱落、钢筋梯、经纬网支护状况完好，巷道个别地段出现少许喷体开裂现象。从以上分析可以看出，巷道变形明显减少，不连续变形得到了有效的控制，巷道支护情况满足寡全生产的需要。
　　5 结束语
　　深部软岩巷道的围岩特点不同于浅部硬岩巷道的围岩特点，企图通过采取高强度的支护形式来满足软岩巷道的支护要求，不仅浪费物力、财力，也不可能取得满意的支护效果，对于软巷道的支护，只有遵巡"先柔后刚，先让后顶"的支护原则，正确分析巷道围岩的变形机理及其破坏原因，选取能够适应软岩巷道较大变形的支护形式，才能取得深部软岩巷道支护的成功。
　　作者简介
　　刘玉文（1973-），男,黑龙江安达人，1997年7月毕业于黑龙江矿业学院采矿专业，徐州矿务集团有限公司义安煤矿安全生产办工程师。