断层破碎带巷道耦合支护技术研究

２００８年第３期　能源技术与管理　４５　断层破碎带巷道耦合支护技术研究　杨永杰　（淮北矿业集团工程建设公司，安徽淮北２３５０００）　［摘要ｌ针对断层破碎带断层落差大、构造应力高、围岩岩性差和破碎易垮落的特点，从提　高巷道围岩强度和支护结构稳定性角度分析该地质状况下控制巷道变形的关键问　题，提出断层破碎带巷道耦合支护技术，并得到成功应用。　［关键词］断层；巷道；耦合支护　［中图分类号］ＴＤ３５３　６［文献标识码］Ｂ［文章编号］１６７２－９９４３（２００８）０３－００４５－０２　Ｏ引　言　　．强烈变形的关键因素之一。如表１所示，与Ｕ２９　型钢相比，Ｕ３６型钢重量每米增加６．７８　ｋｇ，约增　断层破碎带应力分布复杂，是易形成较高的　加２３．４％，但它沿横截面两个方向的惯性矩Ｉｘ、Ｉｙ　应力集中区，围岩极为破碎，巷道掘进过程中极易　和抗弯截面模量Ｗｘ、ｗｖ分别增加５６％　６０．５％和　片帮冒顶，因此断层构造带巷道支护技术一直是　４１．７％一４３％。显然Ｕ３６型钢力学性能相对Ｕ２９型　高应力软岩巷道支护技术研究的重点、难点¨１　．。　钢有大幅度提高。　临涣煤矿东翼轨道石门是矿井未来运输、通　表１　Ｕ２９型钢与Ｕ３６型钢力学性能对比　风、行人的咽喉通道，地质勘探结果表明，该巷道　将穿过平均落差５０　ｍ以上的断层，且断层构造带　内岩石以砂质泥岩为主，围岩松散破碎，局部地段　存在淋水现象。在断层揭露点附近巷道掘进过程　中，巷道顶板压力现象明显，原有Ｕ２９型钢支架　出现屈服破坏，并伴有一定的底鼓，因此，迫切需　（４）支护体本身结构不稳定。Ｕ型钢支架抗侧　要安全、经济、可行的巷道支护技术方案穿越断层　压能力较差，虽然东翼轨道石门采用马蹄形全封　破碎带。　闭支架，但支架底拱部分曲率半径较大，使得底拱　１巷道破坏原因分析　抗底鼓能力大大降低，而一旦底拱失效，巷道两帮　支架随之失去径向约束力，造成支架整体结构失　东翼轨道石门破坏主要原因如下：　稳［引。　（１）巷道围岩承载能力差，在高构造应力作用　（５）单一支护方式无法控制高应力软岩巷道　下易屈服破坏。从巷道掘进过程中揭露的围岩状　的强烈变形。现代支护理论强调，围岩本身不再单　况表面，断层破碎带附近围岩岩性以砂质泥岩为　独是支护体的载荷，而是具有自稳能力的承载　主，巷道局部见砂岩互层，岩块本身的强度适中，　体…。围岩的自稳能力远大于支护的作用，因此近　但层理和节理在该段围岩极其发育，在高应力作　年来大力推广锚杆支护技术，但在松软破碎围岩　用下岩块沿结构面剪切滑移，岩体整体承载能力　中，围岩本身的可锚性差，高强树脂锚杆的锚固性　很差。　能难以发挥，特别是围岩松动范围大，在顶板围岩　（２）巷道支架承载能力没有得到有效发挥。由　松散破碎的情况下，围岩本身的自稳能力较差，允　于围岩十分松散破碎，巷道表面围岩与Ｕ型钢支　许空顶时间较短，并不适宜采用锚网支护；而单纯　架接触关系较差，使得支架承载大多为偏载状态，　采用被动支护，在巷道浅部围岩变形屈服后方才　极易导致结构性失稳，造成Ｕ型钢实际承载能力　承载、抗压，无法控制塑性屈服区域向围岩深部扩　与理论承载能力相差较远。　展，必然最终破坏失稳。因此，必须通过耦合支护　（３）巷道支架支护强度不足。在高应力软岩巷　发挥主动支护和被动支护的作用，才能有效控制　道中，巷道支架所能提供的支护阻力是控制巷道　此类巷道变形。　维普资讯 http://www.cqvip.com

杨永杰断层破碎带巷道耦合支护技术研究　２００８年第３期　２断层破碎带巷道支护技术方案　综上所述，控制该巷道在高应力作用下的强　（３）根据马蹄形支架底拱部分曲率半径大，底　拱抗底鼓能力小的特点，采用底板锚索与全封闭　支架耦合支护，提高底拱的支护阻力，控制底板的　强烈鼓起。其中底板锚索施工采用专用的底板锚　索钻机，根据底板围岩状况，为防止底板锚索施工　烈变形，要求支护体必须具备较高的支护阻力和　结构稳定性，因此结合东翼轨道石门具体地质状　况提出支护技术方案，该方案技术核心为：　（１）Ｕ型钢棚壁后充填注浆，实现围岩一支架　耦合。针对断层破碎带围岩松散破碎和支架强度　偏低的特点，在采用高强度Ｕ３６型钢支架的同　时，采用壁后注浆技术一方面能够将松散破碎的　岩体进行胶结，提高工程岩体的完整性，使得围岩　体本身的强度有所提高达到岩体强度补偿目的，　另一方面能够显著改善支架与围岩相互作用关　系，使得支架承载均匀性大大提高，有利于发挥支　架的承载能力。注浆锚杆参数为：顶帮注浆锚杆长　度１　３００ｍｍ，注浆锚杆问排距ｌ　２００ｒａｍ×ｌ　５００ｍｍ；　（２）通过高强度工字钢锚索托梁，实现主动支　护一被动支护耦合，即将Ｕ型钢支架与锚索耦合　为一体，可以很好地解决支架的结构稳定性难题，　变不稳定支架结构为稳定支架结构，充分发挥主　动支护和被动支护各自的优越性。通过结构补偿，　大大提高支护体系的整体承载能力。　结构补偿锚索参数为：锚索长度５　０００　ｍｍ，　锚索排距ｌ　５００　ｍｍ，锚索位置如图ｌ所示。　图１　东翼轨道石门支护方案图　过程中塌孔，先在底板锚索孔位置进行底板注浆。　３支护效果分析　东翼轨道大巷断层破碎段已按照方案施工完　毕近１月，目前巷道表面喷层状况良好，并无出现　明显变形，底板未出现底鼓迹象，但采用Ｕ２９型　钢支护段，喷层已大量开裂脱落，且部分Ｕ型钢　屈服破坏，局部地段底鼓量达到１００　ｍｍ以上，对　比两种支护方式，显然采用新型支护方式后，巷道　支护效果明显。　４结论　断层破碎带围岩十分松散破碎，且构造应力　较高，在此类巷道支护设计中，应从提高巷道围岩　强度、发挥支护体承载性能和支护体结构稳定性　角度出发，通过注浆加固将松散破碎的岩体进行　胶结提高其强度，且改善支架围岩相互作用关系，　使得支架均匀承载，同时通过锚索对支架结构薄　弱环节进行结构补偿，发挥主动支护和被动支护　的优越性，从而控制巷道的强烈变形。　［参考文献］　［１］陈炎光，陆士良．中国煤矿巷道围岩控制［Ｍ］　徐州：中　国矿业大学出版社，１９９４．　［２］陆士良，汤雷．巷道锚注支护机理研究［Ｊ］．中国矿业大　学学报，１９９６，（２１．　［３］林登阁，韩立军．巷道底鼓机理及防治研究［Ｊ］．建井技　术，１９９７，（６）．　［４］蒋金泉，韩继胜，石永奎．巷道围岩结构稳定性与控制　设计［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，１９９９．　［作者简介］　杨永杰（１９７３一），男，１９９５年毕业于徐州煤炭建筑工　程学校，现任淮北矿业集团工程建设公司临涣项目部技术　经理。　『收稿日期：２００７—１２一Ｏ６］