深井高应力软岩破碎巷道底鼓机理与协同控制技术研究

姜启彬

临沂矿业集团菏泽煤电有限公司郭屯煤矿 山东菏泽 274700

摘要：深井高应力软岩中布置的巷道，容易受采动、断层破碎带、硐室巷道密集区影响，造成变形，影响使用。需进行加固支护，但是普通支护方式效果不能满足要求，巷道底鼓机理与协同控制技术可较好的对易变形巷道进行加固。

关键词：软岩、支护、底鼓

该成果改善了围岩应力分布状态，缓解了围岩的应力集中程度，巷道围岩变形得到有效控制。反底拱可以有效抑制底鼓，从而保障巷道全断面围岩的整体稳定性，经济社会效益显著。

适用于受采动影响的开拓巷道；断层破碎带内开拓巷道；硐室巷道密集区；即将受采动影响巷道、硐室均采用此加固方式，效果明显。

根据深井软岩巷道底鼓变形机制及-808轨道石门底鼓变形原因分析，结合-808轨道石门地质生产条件，提出采用顶帮“锚网梁索”+底板“螺纹钢反底拱+底板锚杆+混凝土回填”的联合支护技术解决巷道强烈底鼓变形难题。

巷道中底板岩层的强度和结构状态对巷道底鼓起着决定性的作用，主要表现为：底板岩层的结构状态决定着巷道底鼓的类型；底鼓岩层的强度、分层厚度、和破碎程度决定着底鼓量的大小。当围岩应力达到一定条件时，巷道底板破坏，出现底鼓现象。为了提高和改善底板岩层的力学性能，防止防止危岩松动范围进一步扩展，减小巷道径向应力。在原来联合支护的基础上，在巷道底板做一个半圆拱，底拱支护采用φ22二级螺纹钢、φ18二级螺纹钢做成的拱形圈梁浇筑混凝土制成。

采用锚喷、锚柱与反底拱等不同性能支护的组合结构对-808轨道石门进行联合支护，能发挥三种支护形式的各自特点。在锚喷、注浆支护作用下，围岩整体性得到增加的同时进一步被压缩，改善了围岩应力分布状态，缓解了围岩的应力集中程度，反底拱支护可以有效抑制底鼓，与锚喷、注浆支护共同作用下形成自承拱，从而保障巷道全断面围岩的整体稳定性。工程实践表明，该项技术不仅能够控制深井软岩巷道的变形 ，而且成本较低，经济效益显著。

（1）根据对巷道底板的滑移线场与速度场的分析，揭示了反拱高度与岩石的内摩擦角和巷道宽度之间的关系，同时解出了底角锚杆的长度、排距以及底板在没有施加反底拱时所能承受的极限载荷。

由图及各区的应力状态，得出底板在不施加反底拱时，保持底板围岩不发生明显底鼓的极限承载力q为：

把反底拱梁简化为梁结构力学模型，推导出了反底拱锚固梁的支护强度；并通过Excel软件分析了当巷道宽度位于4.5 m-5.5 m时，随着巷道埋深的增加，支护强度在0.2-0.35 MPa之间急剧增长；当巷道宽度大于5.5m时，支护强度在0.33-0.4 MPa之间，此阶段的变化趋于平缓，且反底拱锚固梁的支护强度则是逐渐趋于0.4 MPa，最终达到稳定。

（3）通过巷道两脚开截槽来泄压，减小帮部集中应力向深部转移，限制两帮的破坏深度；同时在截槽内施工底脚锚索增加岩体的强度，底脚锚索可有效将两帮传递到底板的压应力分解，极大减少顶板对底板的作用力，从而起到保护底板的作用。

（4）通过对底板下挖(1.5m)使部分浅部围岩应力得以释放；增设底板螺纹钢混凝土反底拱改善围岩受力状态，增加围岩强度；同时多角度分布高强锚杆，将岩层的水平应力分解成轴向和垂直两个力，削弱岩层中水平应力的强度；高强度混凝土回填可进一步增加底板围岩围压，进一步抵抗底鼓变形。

此项技术使用后大大减少了巷道维修率，降低了施工成本，保障主要巷道长时间正常使用，安全效益十分显著。

此项技术使用后大大减少了巷道维修率，降低了施工成本，保障主要巷道长时间正常使用，安全效益十分显著。随着开拓的延伸，采场的扩大，郭屯矿重点硐室、重要大巷受地质条件、开采扰动等影响越来越明显，巷道支护越来越困难。为此不断探索深井巷道支护的新技术新方法，提高巷道服务年限，对于矿井安全生产发展，提高矿井安全技术经济效益，有着十分现实和长远的意义。该技术在同类型、同条件的矿井有很好的应用前景。

参考文献:

1张荣立. 采矿工程设计手册,2010-03.

2刘洪林. 断层破碎顶板冒顶巷道修复技术研究.煤炭工程,2011-04.

3何炳银. 锚索支护巷道的冒顶事故分析及其预防.煤炭科技,2008-07.

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