動壓區高應力大斷面煤巷支護技術研究

1巷道圍巖分布朝川礦區第二礦區五四采區軌道采礦設計為900m，五四采區運輸設計為160m，距海溝30m，平行布置，采用半球形拱護罩。根據原設計和現場實際開挖地質條件，兩側山體部分采用五八煤層頂板，下部部分沿煤層頂板建設。戊8煤層厚2.0～3.0m,結構簡單,巷道直接頂大部分為泥巖,深灰色,局部為中粒砂巖、炭質泥巖、砂質泥巖,頂板巖性變化較大,平均厚度4.5m,層理發育。基本頂以砂質泥巖、中粒砂巖為主。2原支出評估(1)頂幫鋪設、加固鋼筋錨網+局部錨索+噴混凝土支護(拱形斷面)。原支護采用半圓拱錨網噴支護,錨桿選用?20mm×2000mm左旋無縱筋高強樹脂錨桿,頂及兩幫間排距700mm×700mm,采用2支Z2335型錨固劑。頂幫鋪設規格900mm×2400mm(網孔50mm×50mm)的?4.2mm冷拔鋼筋編織網。噴射混凝土厚度120mm、混凝土強度C17。(2)巷道圍巖位移分布自從沿戊8煤層施工后,兩下山西翼受小煤礦采動影響,原支護逐漸暴露出一些缺陷,主要表現在:①巷道兩幫向巷道中央內移加劇,兩幫位移量為1000～1500mm,局部炸皮、開裂、鼓起。②巷道頂板下沉加劇,底鼓量大,巷道掘進1～2個月巷道頂板下沉量和底鼓量為800～1000mm,局部出現破碎狀態。(3)煤體錨固效果差①煤層開采后,將造成煤壁內應力的重新分布,加之受采動影響,圍巖的松動圏逐漸增大,兩幫煤體的塑性區隨之增大,彈性區將隨之向深部轉移,使得錨桿在有限長度內不能錨固在相對穩定的煤體中,進而削弱了錨固效果。②巷道頂板下沉加劇,出現局部炸皮、開裂、鼓起,此現象表明錨桿支護形成的初始穩定結構已不能很好地適應增大的圍巖應力。3幾何護件加固方案方案2根據動壓區內破碎區、塑性軟化區及彈性區的力學參數,錨桿支護對巷道圍巖變形的控制以及U型鋼支護特點,采用工程類比法,確定了2種支護方案(圖1)。方案1:斜腿36U型鋼+鋼笆網+阻燃編織袋支護(拱形斷面)。斜腿半圓拱U型鋼支護采用36U型鋼,棚距500mm。鋼笆網采用?6mm鋼筋焊接,規格為2400mm×700mm,孔距60mm×60mm。方案2:錨網+斜腿36U型鋼聯合支護(拱形斷面)。錨桿選用?20mm×2000mm左旋無縱筋高強樹脂錨桿,頂及兩幫間排距700mm×700mm,采用2支Z2335型錨固劑,頂幫鋪設900mm×2400mm(網孔50mm×50mm)的?4.2mm冷拔鋼筋編織網,采用半圓拱36U型鋼支護,棚距500mm。3.1巷道圍巖變形觀測從開始施工位置每隔20m設置1個巷道收斂變形觀測站(采用十字測點法),分別觀測巷道頂、底板以及兩幫的收斂變形(圖2)。3種支護方案圍巖控制效果為:原支護、方案1、方案2頂板下沉量分別為850,520,60mm;底鼓量分別為700,480,50mm;兩幫最大移近量分別為1550,800,90mm。監測表明,方案2頂底板圍巖在50d內頂底總相對移近量達到100mm,兩幫總相對移近量達到80mm,巷道變形量明顯減少,巷道變形基本穩定;巷道施工75d后頂底總相對移近量達到110mm,兩幫總相對移近量達到90mm,圍巖變形趨于基本穩定,巷道穩定性良好。3.2錨網+斜視頻聯合支護方案方案1:在原錨網噴支護失敗的前提下,考慮到動壓大、巷道變形量大,采用了第1種方案,巷道兩幫圍巖強度得到強化,兩幫水平移動有所減弱,頂板下沉量和底鼓量有所減小,巷道變形量得到一定控制,與原支護相比變形量減小約60%,但仍不能有效控制巷道整體變形,局部仍出現U型鋼卡箍壓斷、卡箍螺絲脫落、U型鋼腿擠出,U型鋼局部變形。方案2:為進一步控制巷道變形、提高巷道支護強度,采取錨網+斜腿36U型鋼聯合支護。首先采用高強錨桿配合金屬網進行支護,提高巷道圍巖整體性,沿巷道周圍預留200～300mm空隙架設U型鋼支護,通過巷道讓壓下沉,使巷道達到新的平衡。巷道兩幫圍巖強度得到強化,兩幫水平移動明顯減弱,頂板下沉量和底鼓量明顯減小,巷道變形量得到基本控制,巷道兩幫和頂底位移為100～150mm。方案2與方案1相比,變形量減小90%,而且圍巖變形速度衰減較快,40d后巷道變形基本穩定。這些充分證明該支護形式能夠有效控制巷道劇烈變形和破壞,因此確定采用錨網+斜腿36U型鋼聯合支護。4支護參數的選擇合理(1)通過試驗,確定了錨網+36U斜腿型鋼聯合支護方案,且取得了良好的支護效果,說明