论文部分内容阅读
摘 要：为了满足采区通风的需要，一般回风巷道施工断面较大，且巷道位于高应力集中区，受采动影响和施工扰动影响，巷道多为双重支护，即锚网喷支护后架拱缩棚支护，因此，对于拱支棚子巷道开口施工交岔点的加固显得尤为重要，该文根据施工现场的情况，选择对应的支护形式和方法对交岔点进行加固。取得了较好的支护效果。
关键词：高应力;大断面 ;岩巷交岔点;加固技术;
中图分类号：TD8 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-10-00-01
岩巷交岔点在采区回风巷道中，是采区通风的咽喉部位，巷道夹角小，跨度大，服务年限长，支护可靠性程度要求高。灵活运用锚网索+喷混凝土支护技术对交岔点进行加固，已逐渐成为大断面交岔点支护技术的主流。本文从具体工程实例出发，通过对交岔点的加固方法的研究，探讨高应力集中条件下的大断面岩巷交岔点支护加固技术的研究与应用。
一、工程背景
该交岔点位于平煤八矿丁四下延采区回风下山开口向里50米处，与丁四下延回风下山夹角40°施工回风道，为Y形交岔点。工程底板标高-429m，丁四下延回风下山与回风道断面相同，巷道净宽×净高=4.0×3.5m，均采用锚网喷支护。施工地段的岩性主要为泥岩和砂质泥岩。丁四下延回风下山采用锚网喷支护后，由于受附近采动及地应力影响，岩体质量显著降低，巷道挤压变形，顶板压力较为显著，巷道底鼓、顶板脱皮掉顶严重。
二、巷道围岩性质及变形分析
（一）巷道围岩性质及附近巷道压力情况调查 丁四下延回风下山回风道开口位于丁5.6煤层以下，分别为泥岩、砂质泥岩和丁7煤，根据相邻巷道（戊四下延轨道、戊四下延回风）实地查看，主要出现了以下几种变形破坏现象：①两帮收敛（戊四下延回风上段巷帮最大收缩量达300mm）;②巷道底板为砂质泥岩，遇水易膨胀（戊四下延回风上段最大底臌量达500～800 mm）;③局部地段巷道喷浆层剥落，围岩外露;④由于受采动影响，地应力作用，巷道变形量较为明显。上述岩性及附近巷道压力作用，对于巷道开口施工交岔点难度较大。
（二）交岔点支护机理分析 由于丁四下延回风下山巷道岩性较差，且顶板压力较大，在采用套架4194拱缩棚支护后，巷道支护效果明显加强，在开口施工回风道，摘除开口侧4194拱缩棚腿子，就会破坏原有4194拱缩棚的支护强度，顶板会出现垂直方向上的顶压力和径向方向上的侧压力，出现棚子失衡的现象，减小了开口交岔点的支护强度。
三、交岔点加固机理分析及支护技术参数
（一）交岔点采用锚索关键部位耦合支护技术实施对交岔点的加固丁四下延回风下山回风道开口前，首先使用2200等强锚杆将29U钢梁固定在拱缩棚的正顶处和开口侧的肩窝处，对29U钢棚子进行加固，然后摘除29U拱缩棚腿子，通过巷道顶底板、两帮移近量以及锚杆托盘应力的监测，确定支护的最佳时间（段），再对巷道围岩关键部位施加高预应力的锚索，使用8米长锚索穿过29U钢梁预留孔，用29U钢梁做为锚索托盘对29U钢棚梁进行加固，使围岩和支护体达到耦合支护力学状态。
（二）对于交岔点“牛鼻子”采用双控锚杆支护法进行加固交岔点回风道开口后，由于受交接巷道顶板卸压区和两帮的支承压力区相互叠合影响，“牛鼻子”为交岔点施工的应力最集中的部位，应力集中系数较开凿前提高40% ～50%。在交岔点的“牛鼻子”部位，岩体两次遭到爆破作用。因此，交岔点周围形成裂隙区的深度，往往增大若干倍，支护体的承载能力增大后，工作条件恶化。交岔点维护良好，不仅可以减小高应力积聚，而且起到一定的减跨作用。当巷道掘到“牛鼻子”处后，设计要求采用双向锚杆加槽钢穿眼加固“牛鼻子”部位。
（三）施工顺序的优化。根据施工过程优化原则，采用先加固丁四下延回风下山开口处交岔点，后开口施工回风道的施工顺序。
（四）支护参数的优化。巷道交岔点加固支护参数的确定，原则上依据弹塑性理论和围岩软化模型，并结合工程类比方法进行确定。
1、锚索。锚索的长度取8m。由于深部工程载荷加大，且有剪应力存在，采用Φ17.8mm钢绞线锚索，树脂药卷五个，每根连锁梁上固定3根，每根梁正中及两端分别固定一根，锚索间距3m，为对称布置，由于29U钢梁预留孔较大，固定锚索时，可使用锚盘垫在29U钢梁上，再加锁头固定预紧锚索。
2、锚杆。在交岔点加固中主要起固定29U连锁梁作用，长度以产生塑性软化区的范围确定，在拱缩棚的正顶处和肩窝位置布置，为了便于固定U钢梁预紧螺帽，选用锚杆时可选用Φ20mm×2200mm的螺纹钢等强锚杆，每组2根，使用29U卡缆将29U连锁梁固定在29U钢棚子上。树脂药卷三个，采用加长锚固锚杆。
3、金属网。软岩巷道对网的作用要求很高，通过网对巷壁的约束，能够有效改善围岩应力状态，发挥锚固体的整体效能。
四、支护效果
从该交岔点采用新支护方案加固的情况看，支护状况良好，近2个月的观测显示，巷道两帮的最大相对移近量仅为75mm，顶底板的相对移近量为60mm，最大离层量为10mm，工程围岩变形已基本稳定。实践证明，采用锚网（索）喷加U钢拱缩棚支护的交岔点，采用29U钢梁加固的支护方案较为成功。
五、结语
（一）锚网喷+U钢棚双重支护体系，开口施工交岔点时，采用29U钢梁加锚索加固技术，可有效控制深部交岔点工程的变形，支护结构合理，可以充分发挥其支护的柔性、主动、高强以及让压等特点，对复杂地质条件下的软岩交岔点也是较为适用的。
（二）岩巷交岔点加固的支护设计，应通过对其变形力学机制的研究，并根据现场实际条件确定最优的支护参数设计和最佳的施工过程设计。
关键词：高应力;大断面 ;岩巷交岔点;加固技术;
中图分类号：TD8 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-10-00-01
岩巷交岔点在采区回风巷道中，是采区通风的咽喉部位，巷道夹角小，跨度大，服务年限长，支护可靠性程度要求高。灵活运用锚网索+喷混凝土支护技术对交岔点进行加固，已逐渐成为大断面交岔点支护技术的主流。本文从具体工程实例出发，通过对交岔点的加固方法的研究，探讨高应力集中条件下的大断面岩巷交岔点支护加固技术的研究与应用。
一、工程背景
该交岔点位于平煤八矿丁四下延采区回风下山开口向里50米处，与丁四下延回风下山夹角40°施工回风道，为Y形交岔点。工程底板标高-429m，丁四下延回风下山与回风道断面相同，巷道净宽×净高=4.0×3.5m，均采用锚网喷支护。施工地段的岩性主要为泥岩和砂质泥岩。丁四下延回风下山采用锚网喷支护后，由于受附近采动及地应力影响，岩体质量显著降低，巷道挤压变形，顶板压力较为显著，巷道底鼓、顶板脱皮掉顶严重。
二、巷道围岩性质及变形分析
（一）巷道围岩性质及附近巷道压力情况调查 丁四下延回风下山回风道开口位于丁5.6煤层以下，分别为泥岩、砂质泥岩和丁7煤，根据相邻巷道（戊四下延轨道、戊四下延回风）实地查看，主要出现了以下几种变形破坏现象：①两帮收敛（戊四下延回风上段巷帮最大收缩量达300mm）;②巷道底板为砂质泥岩，遇水易膨胀（戊四下延回风上段最大底臌量达500～800 mm）;③局部地段巷道喷浆层剥落，围岩外露;④由于受采动影响，地应力作用，巷道变形量较为明显。上述岩性及附近巷道压力作用，对于巷道开口施工交岔点难度较大。
（二）交岔点支护机理分析 由于丁四下延回风下山巷道岩性较差，且顶板压力较大，在采用套架4194拱缩棚支护后，巷道支护效果明显加强，在开口施工回风道，摘除开口侧4194拱缩棚腿子，就会破坏原有4194拱缩棚的支护强度，顶板会出现垂直方向上的顶压力和径向方向上的侧压力，出现棚子失衡的现象，减小了开口交岔点的支护强度。
三、交岔点加固机理分析及支护技术参数
（一）交岔点采用锚索关键部位耦合支护技术实施对交岔点的加固丁四下延回风下山回风道开口前，首先使用2200等强锚杆将29U钢梁固定在拱缩棚的正顶处和开口侧的肩窝处，对29U钢棚子进行加固，然后摘除29U拱缩棚腿子，通过巷道顶底板、两帮移近量以及锚杆托盘应力的监测，确定支护的最佳时间（段），再对巷道围岩关键部位施加高预应力的锚索，使用8米长锚索穿过29U钢梁预留孔，用29U钢梁做为锚索托盘对29U钢棚梁进行加固，使围岩和支护体达到耦合支护力学状态。
（二）对于交岔点“牛鼻子”采用双控锚杆支护法进行加固交岔点回风道开口后，由于受交接巷道顶板卸压区和两帮的支承压力区相互叠合影响，“牛鼻子”为交岔点施工的应力最集中的部位，应力集中系数较开凿前提高40% ～50%。在交岔点的“牛鼻子”部位，岩体两次遭到爆破作用。因此，交岔点周围形成裂隙区的深度，往往增大若干倍，支护体的承载能力增大后，工作条件恶化。交岔点维护良好，不仅可以减小高应力积聚，而且起到一定的减跨作用。当巷道掘到“牛鼻子”处后，设计要求采用双向锚杆加槽钢穿眼加固“牛鼻子”部位。
（三）施工顺序的优化。根据施工过程优化原则，采用先加固丁四下延回风下山开口处交岔点，后开口施工回风道的施工顺序。
（四）支护参数的优化。巷道交岔点加固支护参数的确定，原则上依据弹塑性理论和围岩软化模型，并结合工程类比方法进行确定。
1、锚索。锚索的长度取8m。由于深部工程载荷加大，且有剪应力存在，采用Φ17.8mm钢绞线锚索，树脂药卷五个，每根连锁梁上固定3根，每根梁正中及两端分别固定一根，锚索间距3m，为对称布置，由于29U钢梁预留孔较大，固定锚索时，可使用锚盘垫在29U钢梁上，再加锁头固定预紧锚索。
2、锚杆。在交岔点加固中主要起固定29U连锁梁作用，长度以产生塑性软化区的范围确定，在拱缩棚的正顶处和肩窝位置布置，为了便于固定U钢梁预紧螺帽，选用锚杆时可选用Φ20mm×2200mm的螺纹钢等强锚杆，每组2根，使用29U卡缆将29U连锁梁固定在29U钢棚子上。树脂药卷三个，采用加长锚固锚杆。
3、金属网。软岩巷道对网的作用要求很高，通过网对巷壁的约束，能够有效改善围岩应力状态，发挥锚固体的整体效能。
四、支护效果
从该交岔点采用新支护方案加固的情况看，支护状况良好，近2个月的观测显示，巷道两帮的最大相对移近量仅为75mm，顶底板的相对移近量为60mm，最大离层量为10mm，工程围岩变形已基本稳定。实践证明，采用锚网（索）喷加U钢拱缩棚支护的交岔点，采用29U钢梁加固的支护方案较为成功。
五、结语
（一）锚网喷+U钢棚双重支护体系，开口施工交岔点时，采用29U钢梁加锚索加固技术，可有效控制深部交岔点工程的变形，支护结构合理，可以充分发挥其支护的柔性、主动、高强以及让压等特点，对复杂地质条件下的软岩交岔点也是较为适用的。
（二）岩巷交岔点加固的支护设计，应通过对其变形力学机制的研究，并根据现场实际条件确定最优的支护参数设计和最佳的施工过程设计。