復(fù)雜膨脹性圍巖條件下交岔點(diǎn)支護(hù)技術(shù)研究

交叉點(diǎn)主要分為兩類。其中之一是在井和車場開挖過程中，通過標(biāo)準(zhǔn)道路網(wǎng)的配置方法挖掘和超越交叉點(diǎn)形成的交叉點(diǎn)。交叉點(diǎn)通常根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)進(jìn)行維護(hù)，通常由兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)斷面、一個(gè)漸進(jìn)截面和一個(gè)柱狀截面組成。第二類交叉點(diǎn)通常是“十字路口”或“t”型交叉點(diǎn)，它是連接道路和鐵路的現(xiàn)有道路形成的。交岔點(diǎn)處巷道頂板懸露面積較大，應(yīng)力集中程度較高，極易造成頂板圍巖的變形和破壞，尤其是二次開挖擾動(dòng)造成圍巖應(yīng)力重新分布與疊加，進(jìn)一步加劇了巷道變形失穩(wěn)。交岔點(diǎn)支護(hù)范圍內(nèi)受力復(fù)雜，圍巖穩(wěn)定性差，如何有效控制交岔點(diǎn)大斷面圍巖穩(wěn)定性引起了國內(nèi)外專家高度關(guān)注，許多學(xué)者對(duì)不同巷道支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了研究。張偉等根據(jù)清水營煤礦主斜井與二號(hào)檢修聯(lián)絡(luò)巷貫通形成的“丁字形”交岔點(diǎn)的實(shí)際情況，結(jié)合主斜井圍巖特性，巷道圍巖遇水膨脹擴(kuò)容導(dǎo)致原支護(hù)結(jié)構(gòu)變形失穩(wěn)的演化特征，提出了復(fù)雜膨脹性圍巖條件下交岔點(diǎn)采用“柔性支護(hù)+異形、支撐支架+全斷面封閉抗壓”方式，有效控制了圍巖變形，確保了交岔點(diǎn)圍巖長期穩(wěn)定。1主斜井擋土巖板清水營煤礦主斜井主體沿二煤底板布置，二煤厚度5.25m，煤層傾向角度23°～30°，頂?shù)装迕簬r體節(jié)理裂隙發(fā)育，頂板為砂巖含水層，巖石易軟化、強(qiáng)度低、堅(jiān)固性差;底板主要成分為高膨脹性的伊利石、綠泥石，其中伊利石40.4%，綠泥石29.8%，石英29.8%，伊利石、綠泥石為膨脹性礦物，占底板成分的70%以上。主斜井?dāng)嗝嫘螤顬榘雸A拱形，凈寬4.2m、凈高3.4m、坡度25°。維修過程中主體采用“錨網(wǎng)索噴+292交叉點(diǎn)圍巖變形因素及特性分析2.1巷道圍巖失穩(wěn)原有支護(hù)條件下交岔點(diǎn)范圍內(nèi)受圍巖疊加應(yīng)力及圍巖吸水膨脹擴(kuò)容壓力的影響，巷道底鼓、幫部內(nèi)斂失穩(wěn)誘發(fā)巷道整體來壓，漿皮開裂，頂板下沉，造成交岔點(diǎn)局部失穩(wěn)。2.2交岔點(diǎn)圍巖穩(wěn)定性分析交岔點(diǎn)受巷道圍巖應(yīng)力、二次擾動(dòng)應(yīng)力等影響，應(yīng)力場分布復(fù)雜，更易發(fā)生變形破壞，交岔點(diǎn)附近圍巖產(chǎn)生較大變形的主要原因表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1)支護(hù)強(qiáng)度及支護(hù)形式。在吸水膨脹性軟巖巷道中，一般要求采用全斷面封閉抗壓的支護(hù)方式提高圍巖穩(wěn)定性。但在交岔點(diǎn)的支護(hù)過程中一般采用錨網(wǎng)索噴聯(lián)合柔性支護(hù)，支護(hù)系統(tǒng)的承載能力達(dá)不到圍巖變形所要求的強(qiáng)度。另外交岔點(diǎn)底板支護(hù)強(qiáng)度有限，導(dǎo)致了巷道底板圍巖吸水膨脹持續(xù)變形，從而誘發(fā)兩幫收斂破壞，最終導(dǎo)致交岔點(diǎn)整體變形失穩(wěn)。2)圍巖性質(zhì)。交岔點(diǎn)所處巖層的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)對(duì)其穩(wěn)定性起著決定性作用3)應(yīng)力場分布。交岔點(diǎn)開挖為巷道相互交岔的空間問題，聯(lián)絡(luò)巷在貫通形成交岔點(diǎn)的過程中造成應(yīng)力疊加，擴(kuò)大了圍巖的擾動(dòng)范圍，受二次開挖擾動(dòng)及圍巖吸水膨脹應(yīng)力的影響，應(yīng)力場分布更加復(fù)雜。地應(yīng)力重新分布后，易在巷道交岔點(diǎn)的角點(diǎn)處產(chǎn)生應(yīng)力集中，而且巷道開挖與施工相互擾動(dòng)，增加了圍巖變形控制難度。4)地下水。由于巷道圍巖以高膨脹性的伊利石、綠泥石為主，巷道圍巖長期受地下水的滲透、侵蝕作用，巷道圍巖吸水膨脹擴(kuò)容，導(dǎo)致膨脹的圍巖強(qiáng)度降低，同時(shí)圍巖膨脹擴(kuò)容產(chǎn)生的壓力加劇了支護(hù)體的破壞。2.3支護(hù)體及支護(hù)體1)受應(yīng)力場重新分布的影響，交岔點(diǎn)圍巖發(fā)生塑性變形的范圍廣，圍巖變形速度快，支護(hù)體短時(shí)間內(nèi)需承受較大荷載2)吸水膨脹性軟巖，一般采用全斷面封閉的可縮性鋼支架進(jìn)行抗壓支護(hù)，但是受交岔點(diǎn)空間及斷面的影響，難以架設(shè)全斷面封閉的可縮性鋼支架進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)3)與巷道相比，交岔點(diǎn)的開挖空間更大，圍巖應(yīng)力更為復(fù)雜，支護(hù)體結(jié)構(gòu)與施工工藝設(shè)計(jì)更為繁瑣。3復(fù)雜膨脹性圍巖交叉點(diǎn)的控制技術(shù)3.1圍巖有序變形1)水理作用是導(dǎo)致復(fù)雜膨脹性圍巖巷道變形的主要因素，在巷道的支護(hù)過程中加強(qiáng)巷道淋水及滲水的治理，盡早封閉巷道圍巖，避免地下水與巷道圍巖直接接觸，可有效控制圍巖吸水膨脹產(chǎn)生膨脹應(yīng)力并防止膨脹性圍巖自承能力的降低。2)若要維持復(fù)雜膨脹性圍巖巷道的長期穩(wěn)定，就必須控制膨脹性圍巖巷道的蠕變變形。文獻(xiàn)式中，V為圍巖蠕變速度，mm;λ為圍巖蠕變系數(shù);σ由式(1)可知，在巷道圍巖蠕變系數(shù)λ一定時(shí)，可以通過增大支護(hù)體對(duì)圍巖的支護(hù)反力以提高巷道周邊圍巖的徑向應(yīng)力從而降低圍巖徑向應(yīng)力梯度，保持巷道圍巖的穩(wěn)定。因此，在復(fù)雜膨脹性圍巖交岔點(diǎn)的支護(hù)中，前期必須盡快封閉圍巖防止圍巖吸水膨脹并采用強(qiáng)度較高的柔性支護(hù)防止其產(chǎn)生較大蠕變變形;后期采用強(qiáng)度較高的支護(hù)體提高圍巖徑向應(yīng)力。針對(duì)以上特點(diǎn)在復(fù)雜膨脹性圍巖交岔點(diǎn)支護(hù)中采取“有限讓壓+全斷面封閉抗壓”的支護(hù)思路?！坝邢拮寜骸本褪峭ㄟ^錨網(wǎng)索支護(hù)實(shí)現(xiàn)有限度的柔性讓壓技術(shù)，進(jìn)而有效控制膨脹性巷道圍巖的蠕變，使圍巖內(nèi)切向應(yīng)力峰值點(diǎn)向巷道圍巖深部轉(zhuǎn)移。“全斷面封閉抗壓”就是通過噴漿封閉隔絕圍巖繼續(xù)吸水膨脹，保持圍巖相對(duì)較高的自承能力，并通過架設(shè)全斷面封閉的剛性支架限制巷道圍巖的蠕變進(jìn)而控制巷道圍巖內(nèi)徑向應(yīng)力，降低圍巖徑向應(yīng)力梯度，使巷道圍巖達(dá)到長期穩(wěn)定的狀態(tài)。3.2巷道圍巖支護(hù)方式確定在膨脹性復(fù)雜圍巖條件下，采用合理的支護(hù)方式既可以保證巷道圍巖應(yīng)力的有效釋放，也可對(duì)巷道圍巖采取強(qiáng)有力的支護(hù)方式限制其蠕變破壞，保持巷道的長期穩(wěn)定。3.2.1預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)交岔點(diǎn)整體采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)，為有效控制巷道圍巖變形，采用“有限讓壓”的柔性支護(hù)思想。在交岔點(diǎn)支護(hù)過程中全斷面采用Φ22mm×2500mm的BHRB400高強(qiáng)高預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行支護(hù)，錨桿間排距800mm×800mm，每根錨桿采用2節(jié)MSK23/70型樹脂藥卷進(jìn)行錨固，預(yù)緊力矩200kN·m，錨索采用Φ21.98mm×7300mm鋼絞線，每根錨索采用4節(jié)MSK23/70型樹脂藥卷進(jìn)行錨固，錨索梁采用293.2.2知識(shí)產(chǎn)權(quán)噴漿層為保證支護(hù)效果，交岔點(diǎn)剛性支護(hù)采用“鋼管混凝土支架+鋼筋網(wǎng)+400mm厚混凝土噴漿層”，鋼管內(nèi)注C其中，支撐架采用Φ245mm×10mm無縫鋼管制作，搭接架共計(jì)5架為1-5號(hào)，異形支架主體采用194mm×10mm的無縫鋼管制作，搭接架間距700mm，支架均加焊Φ40mm的抗彎圓鋼。4工程方法和效果分析4.1交叉點(diǎn)維護(hù)技術(shù)4.1.1錨網(wǎng)噴支護(hù)安裝交岔點(diǎn)鋼管混凝土支架的安裝順序:支撐架→異形支架底梁→異形支架立柱→異形支架頂梁。交岔點(diǎn)支架施工工藝:(1)首先拆除交岔點(diǎn)原支護(hù)材料，對(duì)巷道進(jìn)行挑頂、擴(kuò)幫后進(jìn)行錨網(wǎng)噴支護(hù);(2)在二號(hào)檢修聯(lián)絡(luò)巷口安裝支撐架。通過鎖腿錨桿進(jìn)行固定，然后將異形支架底梁按照支撐架已焊接的卡槽位置進(jìn)行安裝;(3)安裝異形支架立柱;(4)最后安裝異形架頂梁，對(duì)支架進(jìn)行調(diào)整;(5)支架位置微調(diào)，確保架設(shè)位置及迎山角符合要求;(6)采用鎖腿錨桿進(jìn)行固定，逐架安裝完成后，對(duì)支架壁后空隙以木板背實(shí);(7)預(yù)留注漿孔及排氣孔，對(duì)鋼管混凝土支架外側(cè)掛鋼筋網(wǎng)進(jìn)行噴漿封閉，防止在注漿過程中由于受力不均導(dǎo)致倒架;(8)連接管路使用混凝土輸送泵向支架內(nèi)灌注C4.1.2鋼管混凝土支架注漿1)在傾斜區(qū)域施工鋼管混凝土支架過程中，對(duì)整個(gè)支架預(yù)留注漿、排氣孔后應(yīng)進(jìn)行噴漿封閉，防止在注漿過程中因受力不均導(dǎo)致鋼管混凝土支架傾倒或迎山角發(fā)生變化，影響支護(hù)質(zhì)量。2)在注漿過程中要注意排氣孔中漿液連續(xù)外流，確保鋼管混凝土支架內(nèi)混凝土充填飽滿，以頂部排氣孔流出約5kg混凝土作為標(biāo)志。3)注漿過程中要嚴(yán)格控制混凝土配合比及碎石粒徑，河砂粒徑0.35～0.5mm，碎石粒徑≤20mm，混凝土攪拌均勻。確保混凝土坍落度滿足施工要求，防止因配合比不當(dāng)或碎石粒徑偏大造成堵管。4.1.3安裝頂桿及固定螺栓鋼管混凝土支架架設(shè)標(biāo)準(zhǔn):(1)鋼管頂弧段與立柱對(duì)接齊整，使套管底端準(zhǔn)確滑落至定位卡銷處，誤差不大于5mm，最后安裝頂桿并緊固螺栓;(2)鋼管混凝土支架安設(shè)迎山角符合設(shè)計(jì)要求，迎山角5°;(3)鋼管混凝土支架安裝完成后，支架壁后空隙以木板背實(shí)，防止支架滑動(dòng);(4)鋼管混凝土支架的連接板、撐拉桿齊全有效，防止發(fā)生倒架;(5)混凝土輸送泵向支架內(nèi)灌注C4.2巷道收斂量觀測清水營煤礦主斜井與二號(hào)檢修聯(lián)絡(luò)巷交岔點(diǎn)于2018年6月施工完畢，通過近半年的觀測，巷道表面混凝土噴層沒有開裂跡象，巷道收斂量低于30mm，交岔點(diǎn)圍巖變形及支護(hù)效果如圖4所示。5交岔點(diǎn)支護(hù)施工主要工藝參數(shù)1)在復(fù)雜膨脹性圍巖條件下，交岔點(diǎn)支護(hù)的重點(diǎn)是通過采用非封閉異形支架和封閉式支撐架，形成全封閉抗壓支護(hù)體系，達(dá)到全斷面抗壓支