談煤礦沿空留巷控制圍巖關(guān)鍵技術(shù)
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摘要：為有效控制沿空留巷的頂板離層以及圍巖裂隙發(fā)育，研究了幾種常用的沿空留巷圍巖控制關(guān)鍵技術(shù)，介紹了它們各自的主要作用，具體工作原理與主要施工方法，通過綜合應(yīng)用這些技術(shù)，可進一步增強支架與圍巖的相互作用，讓圍巖的整體承載能力更強，巷道頂板更完整。
關(guān)鍵詞：沿空留巷；頂板；圍巖控制；綜合應(yīng)用
由于沿空留巷往往容易受到來自采動的影響，導(dǎo)致頂板裂隙被劃分為塊體結(jié)構(gòu)，因此導(dǎo)致離層與破壞的現(xiàn)象，最終將給巷道支護帶來困難。國內(nèi)外學(xué)者對沿空留巷的肩角冒落以及相應(yīng)的頂板離層進行全面的研究。張農(nóng)[1]等經(jīng)過對工況實際進行調(diào)研與分析產(chǎn)生了沿空留巷圍巖控制理論，總結(jié)出了墻體快速構(gòu)筑“三位一體”圍巖控制、結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化、分區(qū)治理、預(yù)裂爆破卸壓等方式；柏建彪[2]通過全面探究沿空留巷圍巖控制技術(shù)發(fā)現(xiàn)可以有效地確定巷旁支護體主要參數(shù)，主要構(gòu)建有關(guān)巷旁充填沿空留巷的力學(xué)模型，從而更加容易對沿空留巷頂板破斷垮落情況進行分析。筆者從沿空留巷圍巖控制關(guān)鍵技術(shù)出發(fā)，對如下幾個方面的技術(shù)進行分析：第一，可伸縮U型鋼支架；第二，鎖棚錨桿/錨索；第三，預(yù)充填區(qū)頂板加固；第四，支架壁后充填等。進而可以為沿空留巷支護參數(shù)設(shè)計提供有效的理論支撐。
1可伸縮U型鋼支架
可伸縮U型鋼支架可是實現(xiàn)可縮性以及具有一定的強度，從而可以有效地抑制塑性區(qū)的持續(xù)變形以及緩解頂板分離等?？缮炜sU型鋼支架具體工作如下：支架與型鋼固定在一起，可以有效地吸收能量，從而保證相應(yīng)的預(yù)緊力。假如可伸縮U型支架與相應(yīng)的圍巖進行接觸時，型鋼與連接件之間將會產(chǎn)生摩擦阻力，從而可以有效地防止圍巖發(fā)生變形。當圍巖不斷變形時，支架阻力也不斷增加，可是假如支架承載能力低于圍巖阻力時，這樣將會導(dǎo)致型鋼出現(xiàn)撓曲破壞，進而發(fā)生失去承載能力的現(xiàn)象[3]。
2支架壁后充填技術(shù)
假如需要對圍巖支架壁進行填充的過程中，通常能夠有效地提高圍巖與支架之間的作用力。與此同時，經(jīng)過填充之后的圍巖能夠有效地優(yōu)化結(jié)構(gòu)，同時可以減小了巷道斷面的收縮量。（1）壁后充填作用，假如完成填充之后，其可以有效地充實圍巖空洞，能夠有效地改善圍巖的結(jié)構(gòu)以及提升了對殘余應(yīng)力的強度，最終能夠有效地優(yōu)化支架與圍巖之間的相互作用。為了能夠有效地降低支架因載荷集中出現(xiàn)的破壞，此技術(shù)具有如下幾個方面的作用：第一，壁后完成填充之后，能夠有效的優(yōu)化淺部圍巖剛度以及相應(yīng)的殘余強度，可以有效地提升后載支護能力，從而能夠進一步防止支護出現(xiàn)傾斜失穩(wěn)[4]。第二，該技術(shù)在降低支架耳部集中載荷方面發(fā)揮著非常重要的作用，從而可以避免鋼筋網(wǎng)拉力不均勻的現(xiàn)象，以及可以有效地優(yōu)化鋼筋網(wǎng)的抗彎能力；第三，可以有效地優(yōu)化支架與圍巖之間的關(guān)系，從而進一步弱化之間截面的異化程度。（2）壁后充填的施工方法，該方式主要可以分為如下兩種：濕式、干式。筆者主要針對濕式填充的方式進行講解，其具有如下特點：填充效果好以及設(shè)備簡單等。其適用的范圍為巖性變化大以及相應(yīng)的局部地段的巷道。圖1表示濕式充填采用預(yù)埋“T”型管注漿充填，其壁厚采用3.25mm，通常將其一段暴露在巷道表面，從而可以方便地注漿，與此同時在另一段設(shè)置鋼筋笆片，進一步設(shè)置噴射漿液。通常射漿管直徑可以設(shè)置為26.8mm。接著，可以在巷道表面噴射混凝土砂漿，其相應(yīng)的厚度設(shè)置為50~70mm的范圍內(nèi)，進一步可以有效地阻止?jié){液外流以及對U型鋼棚產(chǎn)生不必要的腐蝕，進一步能夠有效地提高支架的承載能力[5]。
3鎖棚錨桿/錨索技術(shù)
鎖棚錨桿/錨索能夠有效地提升支架在偏心載荷位置的承載能力，以及優(yōu)化圍巖性能，從而可以有效地提升支架偏載的能力，其包括走向錨桿梁以及相應(yīng)的鎖棚卡纜。（1）走向錨桿梁，圖2表示相應(yīng)的連接方式，通常梁可以選用工字鋼加工，通過工程實踐發(fā)現(xiàn)，可以對梁的開孔數(shù)量以及相應(yīng)的位置進行調(diào)整，其可以直接避免出現(xiàn)連接缺點的問題，從而可以使得使U型鋼成為一個整體，進一步優(yōu)化支架的承載能力。（2）鎖棚卡纜，圖3表示相應(yīng)的連接方式，依據(jù)相應(yīng)的U型鋼棚的截面特性，可以把卡纜制作成為一個彎曲的形狀，這樣可以保證U型鋼棚呈現(xiàn)緊密性?？梢詫㈠^固孔設(shè)置成為扁長形，同時將其設(shè)置在兩側(cè)耳翼上，最大限度地提高U型鋼棚的支護能力。
4滯后注漿技術(shù)
滯后注漿技術(shù)能夠?qū)鷰r的弱面以及相應(yīng)的裂隙進行膠結(jié)，從而可以達到錨桿與錨索之間進行二次支護，從而可以有效地提高支護的承載能力。依據(jù)相關(guān)力學(xué)實驗發(fā)現(xiàn)，假如將其設(shè)置在25MPa的三軸受壓的環(huán)境下，粉砂巖的強度可以達到11MPa。假如設(shè)置了滯后注漿技術(shù)，那么其強度可以達到33MPa，圖4表示相應(yīng)的粉砂巖和固結(jié)體全應(yīng)力應(yīng)變曲線。通過分析圖4可以發(fā)現(xiàn)，其在圍巖殘余強度方面比較理想，依據(jù)該礦所在地質(zhì)條件，其巷道初始支護力可以達到0.2MPa，相應(yīng)的巷道半徑可以達到2.5m，相應(yīng)的圍巖膨脹角設(shè)置為2°~9°的范圍內(nèi)，對應(yīng)的內(nèi)摩擦角的范圍為20°~35°，其彈性模量的數(shù)值可以達到3.5GPa。圖5表示相應(yīng)的塑性圈半徑與巷道表面位移在注漿后的影響情況。經(jīng)過分析圖5可以發(fā)現(xiàn)，當粘聚力以及相應(yīng)的內(nèi)摩擦角不斷增大時，相應(yīng)的巷道表面位移以及塑性區(qū)半徑也隨即減小，由此可以看出注漿加固已經(jīng)達到了設(shè)定的要求。
5預(yù)充填區(qū)頂板加固技術(shù)
沿空留巷巷旁支護對墻體進行支護時選用構(gòu)件，其可以有效地降低頂板壓力以及進一步防止頂板分離，從而能夠極大地增加頂板巖體的性能。圖6表示相應(yīng)的帶充填區(qū)和撕幫主動控頂。采用小孔徑施工，采用高初撐力可縮單體液壓支柱能夠有效地提高巷內(nèi)支護能力，從而有效地控制頂板分離的現(xiàn)象。
6結(jié)論
（1）經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)，可伸縮U型鋼支架在圍巖的應(yīng)力平衡以及相應(yīng)的承擔阻力方面都起到一定的優(yōu)化效果，從而可以有效地提高圍巖壓力的變化，可以有效地控制沿空留巷圍巖的性能。（2）在對壁后進行填充之后，可以有效地提高圍巖的殘余應(yīng)力強度，進一步優(yōu)化支架與圍巖之間的作用力。（3）鎖棚錨桿/錨索能夠防止U型鋼棚的彎曲，進一步提升支架的承載能力。（4）滯后注漿可以有效地優(yōu)化錨桿以及錨索之間的支護能力，從而可以極大地提高圍巖的整體承載力。
參考文獻：
[1]張農(nóng)，韓昌良.沿空留巷圍巖控制理論與實踐[J].煤炭學(xué)報，2014（8）:35-41.
[2]柏建彪.沿空留巷圍巖控制技術(shù)研究[J].煤礦支護，2009（2）：13-20.
[3]李寶貴.綜采工作面沿空留巷支護技術(shù)應(yīng)用分析[J].礦業(yè)裝備，2020（4）：22-24.
[4]薛文濤.綜放工作面沿空留巷采空區(qū)側(cè)圍巖控制技術(shù)[J].能源與環(huán)保，2020（5）：33-35.
[5]劉耀蔚.沿空留巷堅硬頂板弱化研究與應(yīng)用[J].能源技術(shù)與管理，2020（2）：10-12.
作者：張秉華 單位：山西離柳焦煤集團有限公司
