运输大巷作为矿井服务期内的永久性巷道,是煤矿系统运行的“生命大动脉”,进入深部后,受多重因素影响使其维护难度加大,大巷出现屡修屡坏的状况,严重影响煤矿正常安全生产,维护其稳定性已成为制约矿井深部开采的关键技术之一。开展煤矿深部运输大巷变形破坏规律及支护技术研究具有重要的工程应用价值,对矿山可持续发展具有重要意义。本文以魏家地矿二号石门返修段工程为依托,对受地质构造、岩性弱结构、应力水平等影响的煤矿深部运输大巷的变形破坏规律及返修支护技术进行研究。主要的研究内容及结论有:(1)深部巷道围岩变形破坏规律理论分析表明:深部巷道围岩具有与浅部不同的破坏模式及其特有的分区破裂化现象,呈现总变形量大、掘进初期变形速率高、强时效性、强流变性、底臌量大、受冲击地压影响的频率和强度增大及普通的刚性支护难以控制围岩变形的特征,围岩性质、应力水平、地下水、时间及工程技术因素等是影响深部巷道围岩破坏变形的主要因素。论文提出了留设柔垫层让压支护技术,该技术能提供足够让压空间的同时,使巷道联合支护后的让压过程更平缓、二次刚性支护体受力更均匀,使具有足够刚度和强度的二次刚性支护能进一步控制围岩变形。(2)以理论分析和钻孔窥视仪现场测试为基础,对二号石门返修段的变形破坏规律进行分析。将试验段巷道划分为全岩段、上岩下煤段、全煤段及上煤下岩四个特征段,研究表明:四个特征段表现出不同的破坏特征,其中全煤段与上煤下岩段变形最严重,巷道围岩松动范围内存在两个破碎带。在分析二号石门破坏规律的基础上,确定了支护方案,完成了参数设计。(3)应用FLAC3D对二号石门返修段的变形规律进行了数值模拟研究,得到了各特征段的一般变形规律。试验段巷道现场监测表明:锚网索支护后,返修段巷道仍存在着较高的变形速率;锚注支护后,巷道围岩的变形得到了显著控制,锚注在岩体中的效果比煤体中更显著;留设柔垫层让压支护后,将围岩的变形速率控制到更小,保证了大巷长期稳定性;上岩下煤段的整体稳定性较全煤段好,上岩下煤段的顶帮稳定性较底板好,全煤段的底板稳定性较顶帮好。(4)工程实践表明,多因素影响下的复杂煤矿深部运输大巷实施具有多性能的一次锚网(索)喷+锚注和二次留设柔垫层让压的联合返修支护是一种稳妥而有效的支护方案,能有效控制巷道的变形速率,延长大巷使用年限。
