強(qiáng)力復(fù)合支護(hù)在超大斷面巷道修復(fù)中的應(yīng)用

白懷慶

（中國平煤神馬集團(tuán)平煤股份六礦，河南省平頂山市，476091）

強(qiáng)力復(fù)合支護(hù)在超大斷面巷道修復(fù)中的應(yīng)用

白懷慶

（中國平煤神馬集團(tuán)平煤股份六礦，河南省平頂山市，476091）

平煤股份六礦－440 m大巷位于應(yīng)力集中區(qū)，多次修復(fù)均未收到較好的效果，此后，本工程修復(fù)嘗試采用強(qiáng)力支護(hù)手段，在剝離失修巷道圍巖松動圈后，利用雙層錨網(wǎng)噴混凝土、注漿加固和束狀砂漿組合錨索三重復(fù)合支護(hù)技術(shù)加固圍巖，取得了很好的支護(hù)效果，提高了巷道服務(wù)年限。

超大斷面巷道 巷道支護(hù) 復(fù)合支護(hù) 注漿加固 雙層錨網(wǎng)噴

平煤股份六礦－440 m大巷為礦井改擴(kuò)建時開鑿的二水平井底大巷，是礦井主要的運(yùn)輸、行人和進(jìn)風(fēng)巷道。巷道始建于1995年，起初施工時采用混凝土砌碹支護(hù)，近年來隨著礦井向深部推進(jìn)，井底工業(yè)廣場保護(hù)煤柱周邊回采已基本結(jié)束，大巷受采動影響，失修加劇。為此，多次投入人力、物力進(jìn)行修復(fù)，先后采用過多種支護(hù)方式進(jìn)行修復(fù)，效果均不理想，大巷返修后2～3 a就不能滿足使用，巷道的返修周期平均為2 a。原設(shè)計(jì)巷道寬度4.4 m，高度3.4 m，凈斷面12.8 m2，失修后斷面為8～9 m2。已嚴(yán)重制約礦井的持續(xù)安全發(fā)展。

1 －440 m大巷地質(zhì)概況

－440 m大巷埋深670 m，主巷長度970 m，自南向北依次揭露戊9.10煤層、戊8煤層和丁5.6煤層，巷道圍巖自上到下為砂質(zhì)泥巖、煤、細(xì)砂巖、砂巖、泥巖、煤、砂質(zhì)泥巖、煤、砂質(zhì)泥巖。巷道水平布置，為丁戊組運(yùn)輸石門，與該巷相通的采區(qū)大巷和主要硐室共有8處。巷道與煤巖層層理夾角10～12°。由于多次保持原設(shè)計(jì)斷面返修，巷道圍巖松動。根據(jù)擴(kuò)大斷面后揭露情況看，松動圈沿巷道輪廓法向方向厚度為1.5～2.5 m，松動圈內(nèi)原有支護(hù)系統(tǒng)錨桿、錨索普遍有銹蝕斷裂現(xiàn)象，巷道圍巖高度風(fēng)化，層理節(jié)理發(fā)育，圍巖松軟破碎，屬IV類圍巖。

2 大巷擴(kuò)修方案設(shè)計(jì)

2.1 方案確定

總結(jié)以往修復(fù)失敗經(jīng)驗(yàn)后，決定對現(xiàn)有失修巷道完全剝離高度風(fēng)化的圍巖松動圈，擴(kuò)大巷道斷面至巖體相對穩(wěn)定區(qū)域。擴(kuò)修后巷道寬度7.2 m，高度5.4 m，凈斷面33.3 m2，斷面形狀直墻半圓拱形。采用雙層錨網(wǎng)噴混凝土＋壁后注漿＋深孔砂漿錨索，形成三重復(fù)合支護(hù)，利用高強(qiáng)度和高密度支護(hù)手段，對巖體進(jìn)行加固，并通過注漿強(qiáng)化深部圍巖強(qiáng)度，以達(dá)到預(yù)期的支護(hù)效果。

2.2 支護(hù)參數(shù)

2.2.1 雙層錨網(wǎng)噴混凝土支護(hù)參數(shù)

（1）錨桿參數(shù)。采用?22 mm×2600 mm高強(qiáng)樹脂錨桿，錨桿間排距700 mm×700 mm，見圖1，菱形布置，錨桿尾部滾絲長度250 mm，并裝配雙螺帽和聚乙烯護(hù)絲外套。錨桿托盤采用?150 mm碟形盤，由厚度10 mm鋼板一次沖壓成型，托盤外邊緣平面寬15 mm，螺帽厚度30 mm，錨桿設(shè)計(jì)錨固力190 k N，抗拔力不低于150 k N。鋪設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)采用?6 mm盤圓鋼筋，調(diào)直后焊接成1000 mm×2000 mm網(wǎng)片，網(wǎng)格尺寸80 mm×80 mm。樹脂錨固劑采用CK2335型，每孔3卷，凝膠時間8～40 s。

圖1 錨網(wǎng)錨索噴射混凝土支護(hù)示意

噴射混凝土厚度150 mm，混凝土強(qiáng)度等級C20。水泥采用P.O42.5復(fù)合硅酸鹽水泥。水泥∶河砂∶石子按重量比1∶2∶2配制，速凝劑摻入量為水泥量的3%～5%。

（2）小孔徑錨索支護(hù)參數(shù)。小孔徑錨索采用?17.8 mm×8000 mm低松弛鋼絞線，抗拉強(qiáng)度1720 MPa，間排距1400 mm×1400 mm，采用CK2335型錨固劑，每孔6卷。配用250 mm、厚度18 mm沖壓成型錨索托盤，預(yù)緊張拉力220 k N，見圖1。

2.2.2 注漿加固支護(hù)參數(shù)

注漿加固以單液注漿為主。選用P.O42.5硅酸鹽水泥。淺孔孔深2.5 m，水灰比1∶0.8～1.0，注漿壓力1.5～2 MPa；深孔孔深4000 mm，水灰比1∶0.6～0.8，注漿壓力2～2.5 MPa。注漿孔徑?42 mm。淺孔和深孔間排距均為1400 mm×1400 mm，淺孔和深孔均沿巷道輪廓左右對稱，矩形布置。淺孔和深孔均勻錯開相間排列，呈菱形布置。淺孔注漿管為鍍鋅鐵管，長度1000 mm，管徑?25.4 mm，深孔注漿管，長度1500 mm。見圖2。

圖2 注漿孔布置示意

2.2.3 砂漿錨索支護(hù)參數(shù)

砂漿錨索采用4×?17.8 mm×13000 mm束狀組合式錨索，間排距2500 mm×2500 mm，矩形布置，孔深12500 mm，孔徑110 mm?？估瓘?qiáng)度1720 MPa，單根預(yù)緊張拉力250 k N，單根最小破斷力430 k N。每束錨索設(shè)計(jì)錨固力1550 k N，見圖1。

3 施工工藝及質(zhì)量要求

3.1 雙層錨網(wǎng)噴混凝土支護(hù)

為確保不影響－440 m大巷的正常運(yùn)輸和行人，避免多工序同時施工造成干擾，大巷修復(fù)采用分段間隔施工，每區(qū)段30 m，上一區(qū)段錨網(wǎng)噴混凝土支護(hù)完畢，間隔30 m，進(jìn)入下一個區(qū)段，在對下一區(qū)段進(jìn)行刷大錨網(wǎng)噴支護(hù)的同時，對上一區(qū)段進(jìn)行注漿加固，繼而施工束狀組合砂漿錨索。

雙層錨網(wǎng)噴混凝土支護(hù)工藝：人工刷大斷面→安裝錨桿→掛內(nèi)層網(wǎng)→初噴混凝土→掛外層網(wǎng)→布置小孔徑錨索→復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。采用小循環(huán)施工，每循環(huán)0.8 m，按照設(shè)計(jì)參數(shù)安裝錨桿、掛網(wǎng)，錨桿外露150 mm，錨桿螺帽利用風(fēng)動氣扳機(jī)安裝，緊固力矩150 k N·m，錨桿錨固力大于210 k N。外露絲扣部分用塑料套套牢進(jìn)行保護(hù)，以備二次掛網(wǎng)時再用。內(nèi)層網(wǎng)與巖面間無活動矸石、浮石，局部巖面凹陷嚴(yán)重時，在錨桿上安裝鉆孔的墊鐵片，使凹陷巖面能通過墊鐵傳遞預(yù)緊力，要求內(nèi)層網(wǎng)與巖面平均間隙不少于30 mm。鋼筋網(wǎng)邊緣搭接100 mm，用8＃鐵絲扎牢，綁扎間距200 mm。初次噴漿步距8～10 m，噴漿厚度30～50 mm，以噴漿層剛覆蓋住內(nèi)層鋼筋網(wǎng)即可。在初噴漿后3～4 d，取掉錨桿末端保護(hù)套，進(jìn)行二次掛網(wǎng)，安裝外層托盤和外層螺帽。二次掛網(wǎng)時要求外網(wǎng)與初噴層間距30～50 mm為宜。小孔徑錨索在二次掛網(wǎng)結(jié)束后、二次噴漿之前施工，沿拱頂中心線兩側(cè)對稱布置，安裝時預(yù)緊張拉力220 k N。二次噴射混凝土厚度50～80 mm，噴后2 d內(nèi)每班兩次養(yǎng)護(hù)，3～7 d內(nèi)每班1次，一周后每天不少于1次，總養(yǎng)護(hù)周期28 d。為保證噴層質(zhì)量，噴射混凝土在井下按配比調(diào)制，經(jīng)攪拌均勻后，方可使用，做到隨用隨拌。

3.2 注漿加固

采用壁后注漿＋底板注漿。注漿時淺孔注漿和深孔注漿相結(jié)合，淺孔注漿在雙層錨網(wǎng)噴混凝土支護(hù)形成兩星期后進(jìn)行。淺孔注漿管為鍍鋅鐵管，長度1000 mm，管徑25.4 mm，深孔注漿管，長度1500 mm。進(jìn)漿端沿管外壁加工馬蹄形絲扣，馬蹄絲扣長度500 mm，尾部加裝直徑25.4 mm球閥，以增加封孔效果。出漿端按長度100 mm間距均勻布置直徑8 mm孔，保證出漿效果。封孔時利用棉布纏裹注漿管馬蹄絲扣部位，并配合快硬水泥與注漿管一同楔入孔內(nèi)。淺孔注漿壓力1～1.5 MPa，深孔注漿壓力1～2 MPa，施工區(qū)段淺孔全部注完后，方可施工深部注漿孔。漿液采用人工配比，機(jī)械攪拌。在整個壁后注漿結(jié)束后再進(jìn)行底板注漿。注漿以單液注漿為主，在局部巷道圍巖高度風(fēng)化區(qū)域或頂板有淋水區(qū)段，按1∶1比例加注水玻璃漿液，以改善注漿效果。

3.3 砂漿錨索支護(hù)

砂漿錨索每束由4根直徑17.8 mm低松弛鋼絞線組成，抗拉等級1720 MPa，配有支撐架、導(dǎo)向帽、直徑20 mm柔性聚乙烯套管和直徑8 mm硬質(zhì)聚乙烯排氣管。束狀砂漿組合錨索總長度13 m，其中：錨固端2.5 m，自由端10 m，外露端500 mm。砂漿錨索鉆孔開鉆定位穿過鋼網(wǎng)噴漿層時，緩慢進(jìn)行，直至將鋼筋網(wǎng)碾斷方可轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)，如遇到錨盤等，適當(dāng)調(diào)整位置。安裝前用水沖孔，人工推送錨索到孔底，然后將注漿機(jī)的高壓膠管和鐵質(zhì)進(jìn)漿管相連，相連處用棉布纏裹，插入錨索孔口500 mm位置，再用木楔楔牢達(dá)到封孔的目的，注漿時密切觀察排氣管，空氣排完，注漿壓力達(dá)2 MPa，持續(xù)30～60 s后，關(guān)閉進(jìn)漿管閥門，停止注漿。砂漿配制同壁后注漿，錨索托板采用22＃槽鋼，長500 mm，背面焊接厚220 mm×500 mm×15 mm鋼板以增加強(qiáng)度。束狀砂漿組合錨索安裝完畢一星期即可逐根循環(huán)預(yù)緊張拉，單根張拉預(yù)緊力最終為220 k N，總的預(yù)緊力880 k N，施工結(jié)束外露超長部分要切除，并對錨具部位做防銹處理。

4 實(shí)施效果檢驗(yàn)

在大巷修復(fù)完成區(qū)段選擇有代表性的3個基點(diǎn)安裝KJ327型礦山壓力監(jiān)測系統(tǒng)，觀測巷道收斂變形情況，設(shè)3組頂板離層測點(diǎn)，通過井下通訊系統(tǒng)與地面基站相連，實(shí)施全過程監(jiān)測位移量。通過連續(xù)5個月觀測，頂板淺基點(diǎn)平均離層量9 mm，深基點(diǎn)平均離層量3 mm，最大離層量11.5 mm，兩幫最大位移量5 mm。通過設(shè)“十字”監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測底臌位移速度平均在10 mm/月以內(nèi)。巷道收斂位移量被控制在安全范圍內(nèi)，表明設(shè)計(jì)參數(shù)和施工質(zhì)量能夠滿足安全需要。

5 結(jié)語

（1）在原有巷道基礎(chǔ)上，剝離風(fēng)化破碎的松動圈進(jìn)行修復(fù)，利用三重復(fù)合支護(hù)加固圍巖，選取半圓拱形斷面，符合加固拱理論。

（2）在錨網(wǎng)噴混凝土支護(hù)中利用雙層鋼筋網(wǎng)和錨桿的高密度布置方式，替代傳統(tǒng)的U型鋼支架＋錨索＋噴漿支護(hù)方式，改善了噴層的骨架結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了噴層強(qiáng)度。修復(fù)過程非常注重注漿對新掘巷道圍巖裂隙的充填加固作用。束狀組合砂漿錨索的施工既對深部圍巖起到注漿加固作用，對巷道交岔點(diǎn)處超大斷面的支護(hù)也起到了關(guān)鍵作用。

（3）底板加固采用深淺復(fù)合注漿和局部添加水玻璃進(jìn)行化學(xué)注漿等方式，并采用多次反復(fù)補(bǔ)注，控制底板受水害的侵蝕， 收到了較好的效果。

（4）本工程實(shí)踐，大大增加了巷道斷面，減少了高應(yīng)力區(qū)噴漿巷道噴層易開裂脫層現(xiàn)象，滿足了巷道的安全使用要求，打破了以往的修復(fù)模式，改善了支護(hù)效果，延長了巷道的服務(wù)年限，同時也為修復(fù)高應(yīng)力區(qū)大斷面巷道提供了成功的例證。

［1］ 董方庭等，巷道圍巖松動圈理論［J］.煤炭學(xué)報，1994（1）

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［6］ 荊升國，謝文兵等.動壓軟巖巷道U型鋼－錨索協(xié)同支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.中國煤炭，2009（1）

［7］ 陳永會.－150大巷擴(kuò)修聯(lián)合支護(hù)技術(shù)研究與實(shí)踐［J］.中國煤炭，2010（1）

Application of powerful composite support in repair of large cross-section roadway

Bai Huaiqing
（No.6 Mine of Pingdingshan Tian＇an Coal Mining Co.Ltd.，China Pingmei Shenma Group，Pingdingshan，Henan 476091，China）

The－440 tunnel in No.6 Mine of Pingdingshan Tian＇an Coal Mining Co.Ltd.lies in the stress－concentrated region，and it did not receive good supporting effect after repeated restoration.Then，the powerful supporting means was adopted on this project：after stripping the surrounding rock loose circle of tunnel in poor repair，triple composite supporting technology of double－layer anchored net and sprayed concrete，grouting strengthening and fascicular mortar composite anchor cable were used to strengthen the surrounding rock，which has obtained better supporting effect，and improved the service life of the tunnel.

large cross－section roadway，roadway support，composite support，grouting strengthening，double－layer anchored net and sprayed concrete

TD353

A

白懷慶（1974－），男，河南南陽人，工程師，1997年畢業(yè)于焦作工學(xué)院礦井建設(shè)專業(yè)，現(xiàn)從事礦建工程、安全生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

（責(zé)任編輯 張毅玲）