大尺寸矩形巷道过陷落柱带联合支护方案的优化

2023-10-19鄯梦涛

山东煤炭科技 2023年9期

鄯梦涛

（阳泉市上社二景煤炭有限责任公司，山西阳泉 045100）

阳泉市上社二景煤矿五盘区第二回风巷为5800 mm×4000 mm 矩形断面煤巷，属于典型的大尺寸断面巷道结构。该回风巷的直接顶是泥岩，平均厚度为800 mm，基本顶为6580 mm 厚的细砂岩；直接底是厚度为1000 mm 的泥岩；基本底是厚度为2400 mm 的粉砂岩。根据三维地震勘探资料，在距离回风巷约90 m 的位置有DX14 陷落柱，长轴位置最长为60 m，短轴位置最长为40 m，陷落柱为下面小、上面大的“陀螺状”。

巷道接近该区域时，经常出现片帮、冒顶、围岩变形的问题。目前主要是通过补打锚杆、增加支护单体等方式来加强过陷落柱区域的巷道围岩结构，但效果并不明显。本文以五盘区第二回风巷过陷落柱区域为研究对象，提出了“超前浅部钻孔注浆+深部柔性管注浆+锚索网支护”的联合支护工艺，提升了巷道围岩的稳定性。

1 陷落柱区域地质结构分析

为了提高陷落柱区域地质结构分析的准确性，利用应力解除法对陷落柱区域进行地应力测试，其最大垂直应力为14.1 MPa，最大水平应力为13.3 MPa。陷落柱本身在不同方向上会出现不同的应力分布情况，而且分布有很多裂隙、节理，在陷落柱内部会形成一个相互贯通且又应力集中的柱状结构。陷落柱内部的应力分布模型如图1[1]。基于陷落柱断裂力学，陷落柱构造区域围岩破坏所需的力可表示为[2]：

图1 陷落柱内部应力分布示意图

式中：h为陷落柱高度，取44 m；C为陷落柱四周围岩的内聚力，取15.5 MPa；γ为陷落柱上侧岩层的容重，取16.4 N/m3；H为陷落柱上侧岩层的厚度，取19.6 m；φ为围岩内摩擦角，取15°；d为陷落柱上的裂纹长度，取70 m；α为陷落柱夹角，取75°；k为岩层的断裂韧度，取23 MPa。

根据断裂理论，此时陷落柱构造区域围岩破坏所需的力约为F=54.97 Pa ＞1，因此陷落柱区域的围岩会被破坏掉。

3）注浆范围选择。根据井下的地质勘探及弹塑性力学塑性区边界的径向应力情况[4]，可以计算出陷落柱区域的塑性边界半径为20 m，井下陷落柱的半径实测为17.7 m，其塑性区的半径为7.2 m。因此，为了保证对围岩加固的可靠性，注浆范围需要大于2（20 m+17.7 m+7.2 m）=89.8 m。故最终选择的注浆范围为90 m。

1）围岩破坏所需的力和陷落柱上的裂纹长度d呈正相关，裂纹长度越大，巷道围岩越容易被破坏；

结合陷落柱应力厚筒壁四区理论，当巷道挖掘到陷落柱区域后集中应力会向四周的围岩释放，导致巷道围岩塑性破坏，从而更迅速地使围岩应力快速释放。巷道的超前应力会跟随着巷道的掘进慢慢向着陷落柱方向转移，使塑性破坏区域内的应力变差，加速了围岩的蠕变，使围岩的变形表现出极强的流动性，导致了围岩的二次破坏。

3）陷落柱围岩的变形还和作业区域内上顶板岩层厚度、陷落柱覆岩层平均容重等有关。

2）围岩破坏所需的力和岩层的断裂韧度呈反比，韧度越差其越容易遭到破坏；

因此，对过陷落柱区域的改善应增加围岩的应力强度，减少围岩自身的裂隙，提高其在应力作用下的稳定性和可靠性，防止变形失稳。

2 过陷落柱支护方案

导致陷落柱区域围岩稳定性差的主要原因是围岩强度低、应力集中。因此根据新奥法支护理论，结合井下的实际情况把注浆加固和井下现有的锚网索支护体系相结合，确定采用“超前浅部钻孔注浆+深部柔性管注浆+锚索网支护”的联合支护工艺。

2.1 超前预注浆加固

注浆加固的目的是提高巷道围岩的结构强度，巷道围岩结构强度的提升一方面是要将外侧破碎围岩进行加固，使其凝结为一个完整的结构，通过人为处理的方式增加围岩的应力强度和断裂韧度，减少围岩的裂隙长度和裂隙数量；另一方面是要增加顶板岩层厚度及陷落柱覆岩层平均容重，可以通过将浅部围岩和深部围岩进行连接，提高围岩的残余强度，减少陷落柱内部的应力差。因此，提出了超前预注浆加固，采用了超前浅孔注浆+深部柔性管注浆联合作业模式[3]。

1）注浆料和柔性注浆管的选择。通过地质勘探分析，陷落柱区域内没有明显的渗水、涌水情况，说明该区域非积水区域，且岩壁内并没有形成贯通的裂缝，因此选择了流动性较好的联邦双液注浆料。根据在井下的实际灌注测试，结合流动性和凝固时间，确定注浆料的水灰比=0.8:1。柔性注浆管则采用一次性的钢丝骨架柔性管。

可以根据改良措施的不同将治理方法分为物理、化学、生物和综合改良，不同地区由于土壤盐碱化程度、性质不同，其具体适合的改良措施也不尽相同。

将各测点的围岩变形情况进行汇总，将其变形量和其他支护方式下的变形量进行对比，结果如图5。

在锚网索支护时最大限度地利用现有的支护结构，减少井下作业量。锚网索整体支护结构如图3。

根据式（1）分析：

播种期的小麦病害主要以条锈病、白粉病、雪霉叶枯病和黄矮病为主，同时要防治地下害虫。该时期的小麦刚萌发，物理防治会对苗有一定的损伤，一般以化学防治为主。在前期拌种时，可采用药剂拌种控制苗期地下害虫和蚜虫危害，预防小麦黄矮病的发生。

通过对流道的有限元分析可以看出：在阀瓣开启时，流道所受压力最大，随着开度逐渐增加，阀道流速逐渐增加，流道所受力逐渐减小，在开度达到15%～30%时，流速达到最大，再继续增加开度，对流速的影响可以忽略不计，但通过比较4种状态可以看出，阀瓣开度越大，阀瓣上压力的结集范围越小。在流线图中也可以清晰看出流体在阀体底部形成涡流，流体在流道中的运动路线也可以找到。这为流道的受力分析，流体冲击的预测和防范及流道的结构优化提供了一些基本的理论基础。

煤矿井下注浆加固钻孔布置结构如图2。

图2 超前浅孔注浆+深部柔性管注浆钻孔布置结构（mm）

2.2 锚网索支护

陷落柱区域内巷道围岩在应力和作业扰动的作用下位移量极大，巷道围岩很难保持稳定，需要通过锚杆和锚索的锚固作用[6]，提高对围岩的支护阻力，降低围岩的变形，提高巷道的稳定性。

绘画审美上，中国画追求诗意的传达。苏轼认为王维“诗中有画，画中有诗”，这从本质上体现出诗意精神是中国画的内在特质之一。清代画家恽南田追求简淡清远的审美意趣，体现在绘画上就是“画以简贵为尚，简之入微，则洗尽尘滓，独存孤迥，烟鬟翠黛敛容而退矣。”[12]画家的审美意趣会在绘画中有充分的展现。所以，在中国画教学上，应注重培养学生的审美境界，提升其绘画的追求品味。

图3 井下巷道锚网索支护结构示意图（mm）

如图3 所示，在巷道顶板上每排设置5 个单体锚索，所使用的锚索的规格为22 mm×6300 mm，各个锚索的间距为1.2 m，锚索间的排距为1 m。顶角锚索距离巷帮约0.5 m 的距离，锚索与巷道顶板相垂直，设置规格为100 mm×100 mm 的钢筋网。

3 工程应用

根据所制定的井下超前注浆及支护方案，在第二回风巷进入陷落柱前10 m 处开始进行超前注浆并进行锚网索支护。施工完成后，利用十字布点法[7]对巷道围岩变形情况进行监测，沿着陷落柱方向，共计布置了4 个站点，每个站点之间的距离为12 m。巷道内测量站点布置结构如图4。

秦铁崖来京城之前，翻阅旧案卷宗，去了趟证物库房，翻出这个烟花筒带在身边。秦铁崖道：“你不叫乔十二郎，你是陆枫桥。”

1.2.2 观察组，采用小切口辅助复位经皮克氏针内固定术和对照组同样的先对患儿基础麻醉同时行臂丛神经麻醉和铺巾消毒，取仰卧位。从肘内侧或外侧入路取2-3cm切口，切开皮肤和筋膜，分离肌肉组织，显露骨折端，再将手指伸入探查骨折端，清除积血及骨折端陷插的软组织，然后牵引矫正前后及侧方的移位，可以结合C臂透视机确认复位满意后，再经皮克氏针从内外髁交叉固定，然后剪断克氏针尾端，冲洗伤口，内置引流管，最后缝合包扎伤口，最后石膏固定。

4）钻孔深度及注浆方案选择。钻孔深度主要结合井下地质勘探情况，其浅孔钻进的深度要大于区域内围岩表层的破碎深度[5]，取10 m。深孔钻进的深度要能够将浅部岩层和深部岩层连接起来，取21 m。为了满足大深度、长距离的注浆需求，在注浆方案选择上，选择了循环注浆的模式。