B080305 二次耦合支护技术在软岩巷道中的应用

二次耦合支护技术在软岩巷道中的应用吴元峰【山东泰丰矿业(集团)有限公司，山东新泰271204】摘要巷道二次耦合支护是软岩巷道支护新技术。文中阐述了巷道二次耦合支护原理、最佳二次组合支护时段的确定、组合支护设计要点。通过王家寨煤矿-510m南翼总回风巷的支护设计，介绍了软岩巷道的变形力学机制及其力学对策、初次耦合支护参数、二次耦合支护参数的确定方法。关键词二次耦合支护原理最佳支护时间和时段支护参数-----------------------------------------------------------------------引言随着矿井开采深度的加大，生产矿井水平延深，巷道围岩表现出了一些软岩的性质，支护出现了一些新问题。一次支护很难使巷道的变形速度趋于稳定。在巷道周边，围岩应力在不同时段、不同部位的分布是不均匀的，支护体往往首先在薄弱部位变形破坏，导致巷道失稳。二次耦合支护是一种非线性等强支护，利用最佳支护时段的原理进行围岩支护，能有效的减缓巷道薄弱部位的变形破坏量。1工程概况根据区域开拓设计方案，为形成-510m水平南翼下组煤生产系统，满足-510m水平生产时的通风、行人、运输、管线敷设的需要，设计布置-510m水平南翼总回风巷。巷道设计长度1017m，断面为直墙半圆拱形，S荒=10.29m2，S净=9.14m2，净宽3.2m，净高-510m水平南翼总回风巷揭露11煤层后，围岩条件开始弱化，表现出软岩特性，按原作业规程制定的支护方案施工1400余m，巷道后方短期内即有较严重的矿压显现，巷道出现了变形。2岩体结构-510m南翼总回风巷迎头掘进素描如图1所示。图1-510m水平南翼总回风巷揭露11煤层巷道素描从掘进素描图可以看出，煤层眼角结构比较复杂，在1.6m左右的煤层厚度范围内，间夹着0.2m的硫磺结核和0.1～0.15m的棕褐色粘土岩。11煤顶板为豆青色粉砂岩，结构致密，平均抗压强度39.22MPa；底板为厚度30m3耦合支护特征根据软岩巷道围岩的变形破坏机理，软岩巷道实现耦合支护的基本特征在于巷道围岩与支护体在强度、刚度及结构上的耦合，耦合支护特征如图2所示。图2耦合支护的基本特征3.1强度耦合由于软岩巷道围岩本身所具有的巨大的变形能，一味采取高强度的支护形式不可能阻止其围岩的变形，从而也就不能达到成功进行软岩巷道支护的目的。与硬岩不同的是，软岩进入塑性后，本身仍具有较强的承载能力，因此对于软岩巷道来讲，应在不破坏围岩本身承载强度的基础上，充分释放其围岩变形能，实现强度耦合，再实施支护。3.2刚度耦合由于软岩巷道的破坏主要是变形不协调而引起的，因此支护体的刚度与围岩的刚度耦合，一方面支护体要具有充分的柔度，允许巷道围岩具有足够的变形空间，避免巷道围岩由于变形而引起的能量积聚；另一方面，支护体又要具有足够的刚度，将巷道围岩控制在其允许变形范围之内，避免因过度变形而破坏围岩本身的承载强度。这样才能在围岩与支护体共同作用过程中，实现支护一体化、荷载均匀化。3.3结构耦合据巷道表面位移观测，各点变形量达到设计余量的60%时，即进入二次耦合支护的时间。（3）二次耦合支护参数根据理论分析计算及数值模拟结果，可以确定二次耦合支护参数如下：①锚索锚索选用直径15.24mm的钢绞线，长度为6m，外露长度300mm。以巷道拱顶中心为基准，向两侧各1.2m布置1根锚索，即间距2.4m，垂直巷道顶板轮廓线布置；排距3m，布置在两排锚杆中间。采用树脂锚固剂卷端头锚固，其中，CK2350型树脂锚固剂和ZK2350型树脂锚固剂各一卷。锚索托板采用10mm厚钢板制成，规格为200×200×10（mm），采用废旧槽钢、溜槽割制而成。②锚、喷支护在初次锚、网、喷支护的基础上，实施二次锚、喷支护。锚杆仍然采用直径20mm、长2000mm的高强螺纹钢筋，间排距均为1000mm，与初次锚杆呈五花布置，两帮底角锚杆呈30°下扎。使用CK2335型和ZK2335型树脂锚固剂各一卷托板用金属托板，规格同上。喷射混凝土材料及配比同上，复喷厚度50～60mm。5反馈设计根据上述方案设计，在本工程的施工过程中，需进行一系列的巷道矿压观测研究。通过锚杆支护阻力—时间曲线、巷道表面位移—时间关系曲线来确定最佳二次支护时机，并验证支护参数的合理性以进行方案的修改与完善。6效益分析掘进迎头实现一次支护后，可进行打眼，同时进行二次耦合支护作业。这样充分的利用了空间，实现了多工序的平行作业，加快了巷道的施工进度，能有效地缓解采掘关系紧张的局面。能增大巷道的修复周期，增加巷道的使用寿命，取得了良好的经济效益。7结语二次耦合支护技术，实现了强度耦合、刚度耦合、结构耦合的三重耦合功效，科学合理地进行围岩支护，对安全方面的贡献不言而喻。近年来，二次耦合支护技术，作为一种新型的支护技术得到专家学者的广泛认可和煤炭生产企业的推广。加强对施工人员进行锚杆支护技术培训，将提高锚杆初锚力、预紧力和施工质量放在首位，真正发挥出锚、网这一主动支护的优势。参考文献：[1]JohnA.HudsonEngineeringrockmechanics［M］.RedwoodBooksPress，1997.[2]F.O.Franclss.WeakRockTunneling［M］.A.A.BalkemaPress，1997．[3]Kidybinski.StrataControlinDeepMines［M］.A.A.BalkemaPress，1990．[4]孙钧．世纪之交的岩石力学研究［A］．中国岩石力学与工程学会第五次学术大会论文集［C］．北京：中国科学技术出版社，1998.[5]钱鸣高.