深巷道錨桿支護技術(shù)研究

　　對深井高地壓巷道圍巖破壞機理、巷道圍巖變形規(guī)律進行了系統(tǒng)深入的研究。深部開采是特殊環(huán)境下的開采，巷道圍巖受到地應(yīng)力不斷加大，巷道發(fā)生失穩(wěn)的可能性增大，給人員和設(shè)備造成很大的安全隱患。開展深部巷道失穩(wěn)研究及支護參數(shù)優(yōu)化等相關(guān)問題的研究，己經(jīng)成為我國礦山安全生產(chǎn)所面臨的重大研究課題。
　　1 應(yīng)力場中巷道穩(wěn)定性分析
　　深部巷道開挖巖體，巖體處在高溫、高應(yīng)力、高水壓的復(fù)雜環(huán)境下，深井圍巖的地質(zhì)力學(xué)環(huán)境有很大變化，所以深部巷道圍巖有其特有的力學(xué)特征。首先是圍巖的區(qū)域破裂化現(xiàn)象；淺部圍巖應(yīng)力狀態(tài)通?？煞譃樗苄詤^(qū)和松動區(qū)以及彈性區(qū)，但這并不適合于深部巷道。研究發(fā)現(xiàn)深部巷道圍巖周圍產(chǎn)生膨脹帶和壓縮帶，也稱之為破裂區(qū)和未破壞區(qū)，交替出現(xiàn)的情形，而且寬度的變化也是按等比數(shù)列遞增，這種現(xiàn)象被稱為區(qū)域破裂現(xiàn)象。第二、圍巖的大變形特性和強流變特性在進入深部后巖體變形具有兩種完全不同的趨勢，第一種是巖體持續(xù)的強流變特性，不僅僅是變形量大，同時伴隨明顯的時間效應(yīng)。；第二種是巖體沒有發(fā)生明顯變形，但是破碎嚴重，處于破裂狀態(tài)，如果按傳統(tǒng)的巖體失穩(wěn)的概念，這種巖體已不再具有承載特性。但實際上，依然具備承載及再次穩(wěn)定的特性。第三種是深部巖體在高圍壓作用下發(fā)生巖性轉(zhuǎn)化，由脆性轉(zhuǎn)化為延性。
　　2 深部硬巖巷道支護的技術(shù)
　　支護措施對動靜載的力學(xué)響應(yīng)特性決定了該支護系統(tǒng)所能完成的功能，深井硬巖巷道支護方法的選擇是基于剛性、承載能力和變形或能量消散能力，以及估算的巖體破壞特性和嚴重程度，它要求所采用支護方法，在受到高應(yīng)力作用之后，能夠保證圍巖的穩(wěn)定，或者加固功能轉(zhuǎn)化為懸吊功能，從而繼續(xù)保證圍巖的穩(wěn)定性。所以，高應(yīng)力巖層的支護控制方案，第一支護結(jié)構(gòu)必須具有良好的延展性，也就是說支護系統(tǒng)沒有讓壓和屈服性質(zhì)，就不可避免發(fā)生破壞。所以必須保持支護系統(tǒng)穩(wěn)定，要求支護系統(tǒng)在失穩(wěn)后，發(fā)生瞬間先屈服變形，同時保持一定的抵抗力，在允許最大變形前耗盡釋放的動能。第二，深井巷道的失穩(wěn)也是巖體破壞具體表現(xiàn)，靜態(tài)失穩(wěn)條件下常規(guī)支護系統(tǒng)應(yīng)具備的功能。第三，支護設(shè)備還應(yīng)具有以下特點：
　?。╨）支護設(shè)備具有較高的承載能力，即支護體系的屈服強度較大，遠超過靜態(tài)平衡所需要的強度。
　　（2）支護設(shè)計對巷道的表面覆蓋率增高，深井巷道失穩(wěn)區(qū)域不容易確定。
　?。?）支護系統(tǒng)破壞前允許的巖體位移比較大，因而吸收巖石釋放的動能大"在深部巷道失穩(wěn)破壞條件下，設(shè)計合適的支護結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)時，要求在巷道出現(xiàn)破壞之前，必須通過支護加固來提高掩體強度，需要保證巖體的完整性，使巖體和支護共同形成一個連續(xù)體，進一步提高這種加固系統(tǒng)迅速吸收微震能。
　　3 錨桿支護參數(shù)的確定
　　深井巷道處于高應(yīng)力的復(fù)雜環(huán)境中，受采掘擾動影響，迫使圍巖應(yīng)力增加，簡單的支護無法不能滿足要求，但可采取適當增加安全系數(shù)的方法，針對設(shè)計參數(shù)進行改進升級。所以要首先確定巷道斷面形狀，因為巷道斷面形狀與尺寸影響巷道礦壓顯現(xiàn)。由于直墻拱形巷道應(yīng)力重分布的理論還沒有達到令人滿意的結(jié)果，因此可采用非圓形巷道的圓形標準，分析巷道斷面形狀和尺寸問題，第一從安全角度分析， 如圖1所示，采取三心拱的大圓半徑作為計算半徑， 取斷面半徑a=5m，測定粘結(jié)力C=l.8MPa，內(nèi)摩擦角45度，應(yīng)力P=12MPa，剪切剛度系數(shù)泊松比v=0.3和K=5Gpa以及E=12.24GPa，錨桿確定全長粘結(jié)式錨桿，錨桿屈服強度取30OMPa，圍巖和錨固劑粘結(jié)強度取8MPa，錨固劑粘結(jié)強度取18MPa，應(yīng)用支護理論中的懸吊理論和現(xiàn)代支護理論中的松動圈理論，同時結(jié)合相關(guān)工程就能確定錨桿支護參數(shù)。
　　4 錨桿支護方案的確定
　　巷道巖體接觸部位的鑿巖巷道，采用錨桿支護，錨桿可采用砂漿錨桿結(jié)合瑪麗散注漿支護，布置方式確定為全斷面布置系統(tǒng)錨桿：錨桿長2.0-2.2m，間距0.9-1.3m，縱向距0.9-1.3m.為了進一步優(yōu)化錨桿支護網(wǎng)度，在錨桿布置中采用2米進行模擬。如圖2。
　　5 總體支護設(shè)計
　?。?）使用錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+鋼帶的聯(lián)合支護方式，成功地控制了深井回采巷道的變形和破壞。
　?。?）實踐表明錨索與錨桿的配合，能夠有效控制圍巖快速流變，是巷道支護的關(guān)鍵。
　　（3）深部回采巷道的支護，需要進行合理的設(shè)計，應(yīng)根據(jù)不同條件，選擇合理的巷道斷面形式及支護方式。
　　6 結(jié)語
　　本文通過對深部巷道圍巖穩(wěn)定性進行分析，初始設(shè)計的支護參數(shù)不能有效的控制巷道變形和保證巷道的穩(wěn)定性，所以提出優(yōu)化支護參數(shù)。巷道支護參數(shù)確定后，通過現(xiàn)場試驗，巷道穩(wěn)定性明顯改觀，優(yōu)化后的錨桿長度，對控制變形起到了很好的作用，發(fā)揮了錨桿支護優(yōu)勢，巷道支護參數(shù)合理有效。