深部巷道錨桿支護(hù)技術(shù)研究

     對深井高地壓巷道圍巖破壞機(jī)理、巷道圍巖變形規(guī)律進(jìn)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(hù)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(qiáng)流變特性在進(jìn)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(qiáng)流變特性，不僅僅是變形量大，同時(shí)伴隨明顯的時(shí)間效應(yīng)。；第二種是巖體沒有發(fā)生明顯變形，但是破碎嚴(yán)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(shí)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(hù)的技術(shù)
　　支護(hù)措施對動靜載的力學(xué)響應(yīng)特性決定了該支護(hù)系統(tǒng)所能完成的功能，深井硬巖巷道支護(hù)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(yán)重程度，它要求所采用支護(hù)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(hù)控制方案，第一支護(hù)結(jié)構(gòu)必須具有良好的延展性，也就是說支護(hù)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(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定，要求支護(hù)系統(tǒng)在失穩(wěn)后，發(fā)生瞬間先屈服變形，同時(shí)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(hù)系統(tǒng)應(yīng)具備的功能。第三，支護(hù)設(shè)備還應(yīng)具有以下特點(diǎn)：
　　（l）支護(hù)設(shè)備具有較高的承載能力，即支護(hù)體系的屈服強(qiáng)度較大，遠(yuǎn)超過靜態(tài)平衡所需要的強(qiáng)度。
　?。?）支護(hù)設(shè)計(jì)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。
　　（3）支護(hù)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(jì)合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)時(shí)，要求在巷道出現(xiàn)破壞之前，必須通過支護(hù)加固來提高掩體強(qiáng)度，需要保證巖體的完整性，使巖體和支護(hù)共同形成一個(gè)連續(xù)體，進(jìn)一步提高這種加固系統(tǒng)迅速吸收微震能。
　　3 錨桿支護(hù)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(hù)無法不能滿足要求，但可采取適當(dāng)增加安全系數(shù)的方法，針對設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)升級。所以要首先確定巷道斷面形狀，因?yàn)橄锏罃嗝嫘螤钆c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(dá)到令人滿意的結(jié)果，因此可采用非圓形巷道的圓形標(biāo)準(zhǔn)，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(jì)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(qiáng)度取30OMPa，圍巖和錨固劑粘結(jié)強(qiáng)度取8MPa，錨固劑粘結(jié)強(qiáng)度取18MPa，應(yīng)用支護(hù)理論中的懸吊理論和現(xiàn)代支護(hù)理論中的松動圈理論，同時(shí)結(jié)合相關(guān)工程就能確定錨桿支護(hù)參數(shù)。
　　4 錨桿支護(hù)方案的確定
　　巷道巖體接觸部位的鑿巖巷道，采用錨桿支護(hù)，錨桿可采用砂漿錨桿結(jié)合瑪麗散注漿支護(hù)，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(jìn)一步優(yōu)化錨桿支護(hù)網(wǎng)度，在錨桿布置中采用2米進(jìn)行模擬。如圖2。
　　5 總體支護(hù)設(shè)計(jì)
　?。?）使用錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+鋼帶的聯(lián)合支護(hù)方式，成功地控制了深井回采巷道的變形和破壞。
　?。?）實(shí)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(hù)的關(guān)鍵。
　　（3）深部回采巷道的支護(hù)，需要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)不同條件，選擇合理的巷道斷面形式及支護(hù)方式。
　　結(jié)語
　　本文通過對深部巷道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分析，初始設(shè)計(jì)的支護(hù)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(hù)參數(shù)。巷道支護(hù)參數(shù)確定后，通過現(xiàn)場試驗(yàn)，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(hù)優(yōu)勢，巷道支護(hù)參數(shù)合理有效。