锚喷巷道变形原因浅析及支护措施

锚喷巷道变形原因浅析及支护措施
作者：白文艺
来源：《中国科技博览》2013年第33期
摘要：锚喷巷道在掘进成型后，由于受采深、岩石的破坏变形、应力的释放等影响，锚喷巷道变形的情况越来越严重。

巷道底板呈现明显的底鼓，两帮向巷道内移，致使巷道返工修复，耗费大量的人力物力，严重影响矿井的正常生产和建设。

针对锚喷巷道变形的原因分析，并结合实际提出几点防治巷道变形的措施。

关键词：巷道；变形；分析；对策
中图分类号：TD353
焦煤集团赵固一矿在矿井改扩建过程中，施工的-1025m水平轨道大巷和-1010m胶带太巷，在巷道施工完成后，两条巷道变形十分严重，严重影响巷道的正常使用，不得不投人大量的人力和物力进行巷道修护工作，影响了矿井改扩建投产时间，增加了矿井改扩建费用。

1巷道变形原因分析
1.1巷道及有关地质情况
-1025m水平轨道大巷和-1010m胶带大巷分别位于-1025m和-1010m标高，巷道布置在9煤底板岩石中，两条巷道长度分别为1750m和1400m。

由于矿井地质条件相对复杂，岩石抗压强度低，抗压强度不超过6.8MPa，普氏系数在1.8以下，岩性松软，特别是泥岩、砂质页岩等属膨胀性岩石，因此巷道极易变形。

1.2围岩破坏及应力释放对巷道的影响
巷道围岩强度和应力是巷道围岩变形的两个决定性因索，当围岩中的应力低于围岩的强度时，巷道围岩只产生弹性变形而不产生破坏。

当围岩的应力高于围岩的强度极限时，围岩就产生破坏，在巷道围岩形成破碎区。

在底板积水和放炮震动等因素的影响下，岩石的破坏范围将进一步增加，经巷道两帮岩柱传递的上部岩层压力作用，巷道产生变形。

当巷道处于松软的粘土岩或其他强度较低的岩石或处在矿井深都的巷道，其底板岩层呈典型的蠕变状态，在围岩压力的作用下，这些软化了的岩石便向巷道空间产生整体流动，巷道的两帮也随底鼓产生内移。

1.3巷道层位选择对巷道变形的影响
-1025m水平轨道大巷和-1010 m胶带大巷设计是在9煤底板砂岩中施工的，由于岩层走向及倾向的变化，实际施工过程中为了保证巷道的正常使用，不可能沿同一层位掘进，所以，施工过程中这两条巷道分别穿过砂岩、砂质页岩等层位。

经现场观察，在砂岩层位中的巷道变形较砂质页岩中的巷道要小，因此巷道所在层位岩石的普氏系数对巷道变形是有一定的影响。

1.4地质构造应力对巷遒变形的影响
两条巷道部分地段均处于大型褶曲背斜构造带，由于巷道处于应力集中区，巷道变形比较严重，顶、底板及两帮受力和其他地段巷道相比呈明显增大趋势。

1.5采深增大对巷道的影响
-1025m水平轨道大巷和-1010 m水平胶带大巷距地表距离都在1050rn以上。

通过对赵固一矿-400m轨道大巷、-600m机轨合一大巷、-750rn总回风大巷及-1025m轨道大巷的比较分析，发现随着采深的增加，矿山压力呈急剧增大的趋势，上述巷道的维修情况，见表1。

从表1中可以看出：-400m轨道大巷已服务了25 a，只大修了1次，而且投入的费用也最少。

-600m机轨合一大巷服务了18 a，虽然大修了1次，但小修不断，已无法统计。

-750 m总回大巷只服务了9 a.作为-750m西二采区和-750m西一采区之间的回风之用，巷道变形严重。

后由于矿井运输系统调整的需要，花了近半年左右的时间对其进行修护，投入的修护费用也较前2条巷道高得多，而-1025m轨道大巷施工后尚未投入使用，巷道就严重变形，不得不重新进行修护，据统计巷道修护费用高达1.3万元/m。

2防治巷道变形的对策
2.1防治措施简述
防治巷道变形的措施比较多，如何防止底鼓及两帮内移，理论上已十分成熟。

实践中认为要结合矿井生产的实际情况，选择行之有效的支护方法，在全面认识巷道变形的规律性的基础上，详细分析巷道变形的机理，岩石工程性质以及巷道变化特点。

目前防治措施大都是基于岩
石应力状态和强度的变化，采取的措施有：选择合理的巷道布置方式，将巷道布置在卸压区内，采用人工方法使巷道围岩卸压，还有架设全封闭环型支架，采用底板大锚杆或打反拱等措施。

2.2打锚杆、反拱及下底梁
在条件比较适合的巷道采用锚杆防止巷道变形不但是有效的，而且也是比较经济的，对于一条巷道来说，是否可以用锚杆来防止巷道变形的一个重要条件是围岩的坚固系数，要求岩层有较好的完整性。

如果围岩层破碎，锚杆将失去锚固作用。

巷道底板锚杆的形式，应根据巷道服务年限、用途和生产条件选择。

底板锚杆的的长度应能穿过全部底鼓的岩层，锚杆的尾端最好在底板以下0.5～0.8 m，以便于巷道底鼓时还可以卧底。

在底板为松软岩层时，应采取打反拱下底梁的形式，防止巷道变形。

该矿在-1025m水平轨道大巷的修复过程中，就采取了这种形式。

目前看效果是比较明显的，底板未出现底鼓现象。

2.3架设全封闭环型支架
采用全封闭巷道支架被证明是一种防治巷道变形的有效措旋，与其他措施相比，具有简单易行，运用范围广以及效果显著的特点。

目前全封闭巷道支架有：U型钢支架、方环型支架、马蹄型支架、矿用工字钢环型支架等形式，这些支架的特点是都带有底拱，支架抵抗巷道两帮内移的能力大大加强，减少巷道底板所承受水平力，控制巷道底板岩层的离层和断裂。

支架底拱对底板的支撑力改变了巷道底板岩层的受力状态，使底板岩层有两向受力变为三向受力，大大提高了围岩的强度，增加了巷道围岩的稳定性，有利于围岩承载圈的形成。

在-1025m水平轨道大巷的修复过程中，该矿试用了全封闭拱型支架，从支护成本上看比较高，但可以保证巷道在很长一段时问不变形。

2.4先简单支护，再永久支护
围绕矿山压力大，巷道破碎严重的问题，运用新奥法理论，可先对巷道进行简单支护，待围岩应力释放后，巷道变形稳定，再进行巷道修复，进行永久支护。

这样虽多了一道工序，但从长远看，经济效益上还是比较明显的。