二次支護(hù)在軟巖巷道中的應(yīng)用

顏亞民，李士東

（山東裕隆礦業(yè)集團(tuán)有限公司單家村煤礦，山東 濟(jì)寧273100）

1 礦井基本情況

山東裕隆礦業(yè)集團(tuán)有限公司單家村煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力21萬t，1990年10月礦井正式投產(chǎn)，2006年對礦井生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了改造，并改進(jìn)生產(chǎn)工藝，采用了綜合機(jī)械化放頂煤新工藝。于2008年批準(zhǔn)核定生產(chǎn)能力為81萬t／a。

該礦井屬低瓦斯礦井，礦井相對涌出量為0.43m3／T，絕對涌出量為0.64m3／min，無高瓦斯區(qū)，煤塵爆炸指數(shù)為39.6%，具有強(qiáng)爆炸性，煤層自然發(fā)火傾向?yàn)樽匀活悺?/p>

礦井為一對立井開拓，主井裝備一對4.2t箕斗，提煤兼回風(fēng)；副井裝備一對雙層2車（1t礦車）罐籠，擔(dān)負(fù)礦井輔助提升任務(wù)兼進(jìn)風(fēng)。

采煤方法為走向長壁綜采放頂煤開采，全垮落法管理頂板。

掘進(jìn)采用炮掘工藝，開拓與準(zhǔn)備巷道一般采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，回采巷道一般采用錨網(wǎng)索支護(hù)。

2 巷道開拓情況

八采區(qū)作為礦井的接續(xù)采區(qū)，八采區(qū)的皮帶大巷和軌道大巷為全礦開拓重點(diǎn)，巷道采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)，錨桿采用Φ18mm×1800mm的無縱筋螺旋鋼筋，間、排距均為800mm，錨固力為8.5T；錨索采用Φ15.24mm×5000mm的規(guī)格，中－中1.3m，排拒5m，錨固力28MPa；采用長×寬：3.5m×0.9m的菱形鍍鋅金屬網(wǎng)；噴漿厚度10cm，強(qiáng)度c20。兩條大巷自2009年10月份開拓以來，由于受地質(zhì)條件的影響，軟巖性質(zhì)表現(xiàn)非常突出，地應(yīng)力顯現(xiàn)明顯。該區(qū)域圍巖壓力大、穩(wěn)定性差，造成巷道嚴(yán)重變形，采用錨網(wǎng)噴支護(hù)方式的巷道在二個月左右的時間里，斷面由原來的11.4m2縮小到5～8m2不等。兩條軟巖巷道的變形主要表現(xiàn)在頂板下沉量較大，兩幫收縮、片幫、底鼓嚴(yán)重，墻基礎(chǔ)失腳，噴漿表面開裂，圍巖整體向巷道內(nèi)膨脹，部分錨索被拉壞。巷道的變形嚴(yán)重影響到運(yùn)輸、通風(fēng)、行人問題，在修復(fù)時也嘗試采用加大錨桿長度和支護(hù)密度的辦法，只能暫時減緩巷道的變形速度，但一直未根本解決巷道變形嚴(yán)重的問題。因此尋找更合理的支護(hù)方式已成為迫在眉睫的事情。

3 圍巖概況

八采區(qū)兩條巷道設(shè)計(jì)均為巖巷，圍巖多為灰及灰白色的泥巖，呈半膠結(jié)或松散狀易風(fēng)化，遇水膨脹；間夾中粗粒砂巖，偶見堅(jiān)硬的石灰?guī)r，巖石層理不清晰且變化較大。巷道在斷層發(fā)育帶內(nèi)掘進(jìn)，其中sdf17斷層落差80～240m，sdf17－1斷層落差約40m，在掘進(jìn)過程中揭露大小不等的斷層有6個，由于該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，尤其是斷層的發(fā)育，造成巷道支護(hù)困難。

4 軟巖破壞機(jī)理和錨網(wǎng)噴支護(hù)分析

4.1 軟巖的特點(diǎn)

八采巷道圍巖中，巖石的膨脹和崩解主要是松軟巖石所表現(xiàn)的特征。巷道開掘一段時間后，巖石經(jīng)不同程度風(fēng)化及底板浸水，圍巖體積增大，圍巖膨脹變形造成支護(hù)變形破壞，當(dāng)圍巖的塑性區(qū)大于錨桿的錨固范圍，錨桿相對而言失去作用，此時巖石及上覆巖層的重量大于錨桿錨固及圍巖共同支撐作用而出現(xiàn)巷道的變形。錨固層也隨之出現(xiàn)開裂破壞。相應(yīng)的引起壓力增大，擠壓巷道，造成巷道破壞變形，同時造成錨索也被拉壞或錨索梁脫落。

綜上所述，采用單獨(dú)的錨網(wǎng)索噴支護(hù)或加大錨桿密度的方法來控制軟巖支護(hù)是不合理的。

在頻繁修復(fù)中發(fā)現(xiàn)，這種膨脹軟巖底板及巷道底腳是最薄弱環(huán)節(jié)，巷道破壞都是首先在底板上失穩(wěn)，造成巷道底腳快速移近，隨即幫和拱失穩(wěn)。特別當(dāng)巷道封閉慢及底板有水時，巷道變形表現(xiàn)的尤為突出。

5 軟巖支護(hù)工藝

根據(jù)本區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜和巷道變形破壞的機(jī)理，經(jīng)過分析決定對該兩條巷道采用二次支護(hù)工藝，一次支護(hù)方式采用打錨桿掛網(wǎng)噴漿，二次支護(hù)進(jìn)行全斷面槽鋼支護(hù)加打錨索并澆灌底板。

5.1 二次支護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)

采用 “二次支護(hù)”，一次支護(hù)的目的是及時封閉和隔離圍巖，以防止巷道周邊懸露面上個別危石掉落，同時對圍巖初期移動給以一定限制，因此一次支護(hù)應(yīng)在開巷后盡早進(jìn)行。但是一次支護(hù)并不能使 “支架－圍巖”系統(tǒng)達(dá)到力學(xué)平衡，因此，一次支護(hù)后圍巖必然產(chǎn)生一定變形，以便繼續(xù)釋放一些能量。等圍巖變形和能量釋放到一定程度后在進(jìn)行二次支護(hù)。二次支護(hù)的目的在于促進(jìn)圍巖進(jìn)一步趨于平衡，以保證巷道使用期間的穩(wěn)定性和工作安全。所以二次支護(hù)應(yīng)在初次支護(hù)尚未失效、圍巖尚未達(dá)到極限允許位移量和圍巖移動速度的合適時間進(jìn)行[1]。

5.2 支護(hù)設(shè)計(jì)

一次支護(hù)同巷道掘進(jìn)時的正常錨網(wǎng)噴支護(hù)，但為了及時封閉巖石，減少巖石的風(fēng)化時間，放炮后首先對圍巖進(jìn)行初噴，噴厚30cm。

待巷道發(fā)生一定變形，圍巖尚未失穩(wěn)時，對巷道進(jìn)行二次支護(hù)，二次支護(hù)的設(shè)計(jì)如下：

墻及頂部：①錨噴支架聯(lián)合支護(hù)，支架為礦加工的槽鋼（不低于14＃）U型支架。②U型架由4部分組成，分別為兩幫、拱部兩段，U型架本身帶有錨桿間排距孔，留孔的作用為穩(wěn)固U型架并緊貼巖面，加強(qiáng)巖巷內(nèi)支護(hù)。幫部每根長度為1.7m，拱部每段長度為3.05m，接頭處由兩塊長200mm鋼板焊接并采用Φ16mm的螺栓連接、組合、固定。③施工過程中將錨桿鑲嵌在U型架孔內(nèi)，錨桿使用Φ18mm×2200mm，錨桿間排距為800mm×800mm；藥卷使用2支（K2860或CKA2370）。④錨桿安裝后，錨桿錨固力不低于8.5T，外露長度為30～50mm。⑤錨索支護(hù)時，每3m一組，一組共6棵錨索，錨索規(guī)格為Φ15.24mm×6000mm，采用圓托盤，規(guī)格為：Φ250mm。

底板：①在軌道巷施工中，底板起底為弧形，垂距85cm，底板部分采用不低于14＃槽鋼加工的拱形支架，共分兩段，每段槽鋼支架拱的長度為2.2m，兩段槽鋼支架接頭處由兩塊長20mm鋼板焊接并采用Φ16mm的螺栓連接、組合、固定（拱形支架整體總長度為4.4m）。②拱形支架安裝時，必須與頂板U型支架逐個相對應(yīng)，并緊跟頂板U型支架施工，確保支架有效、可靠。③拱形支架帶有錨桿孔，孔間距為800mm，支架與支架之間距離為800mm，支架位于一次支護(hù)的兩排錨桿之間。④施工過程中將錨桿鑲嵌在拱形支架孔內(nèi)，錨桿使用Φ18mm×1200mm，錨桿間排距為800mm×800mm；藥卷使用1支（K2860或CKA2370）。兩段槽鋼支架連接處偏兩邊200mm處各打設(shè)一棵錨桿，在這兩棵錨桿基礎(chǔ)上按800mm×800mm的間距繼續(xù)向兩邊打設(shè)錨桿，錨桿數(shù)共6棵。底板充填標(biāo)準(zhǔn)。①基礎(chǔ)以下挖空處進(jìn)行充填澆灌，澆灌混凝土比例為：灰∶石子∶沙子＝1∶2∶2。②充填時，中間不得有空隙造成充填不實(shí)，嚴(yán)禁出現(xiàn)拌料不均等現(xiàn)象。③充填時，在人行道側(cè)將水溝按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行挖設(shè)、澆灌，水溝澆灌后斷面為S凈寬×S凈深：300mm×400mm，確保水溝順直、暢通。水溝中心線偏巷道中心線1.3m。

二次支護(hù)效果：為檢驗(yàn)二次支護(hù)的效果，在巷道中共設(shè)巷道移近量觀察點(diǎn)10個，每個點(diǎn)都觀測巷道頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平?，通過半年多的觀測，巷道移近量大大減少，斷面變化基本控制在15%以內(nèi)，且隨時間的增加逐漸趨于穩(wěn)定，說明二次支護(hù)的效果是顯著的，方案是可行的。

6 工程技術(shù)措施及建議

在二次支護(hù)施工中，需要注意以下幾個方面：①在迎頭放炮后，要及時進(jìn)行初噴，縮短巖石在空氣中的暴露時間，相應(yīng)減少巖石風(fēng)化時間；②施工中出現(xiàn)的積水要及時排出，盡量防止水滲入底板，以免巖石膨脹；③巷道兩地腳的支護(hù)和封閉是關(guān)鍵，施工中，墻上的槽鋼與底板的槽鋼要保持接觸，槽鋼后面要澆灌嚴(yán)實(shí)；兩墻最下面的錨索打設(shè)時向下帶有一定角度；④為合理確定二次支護(hù)時間，觀測點(diǎn)安設(shè)位置處兩次支護(hù)的時間間隔也有所不同，通過觀測點(diǎn)數(shù)據(jù)的反映，在一次支護(hù)后30～40d進(jìn)行二次支護(hù)是較為合理的時間，能夠充分發(fā)揮兩次支護(hù)的作用。

7 結(jié)語

通過實(shí)施二次支護(hù)巷道的施工工藝，較好的解決了在軟巖中掘進(jìn)巷道出現(xiàn)的一系列問題。也證明了這種支護(hù)方式的可行性，大大減少了巷道返修率，節(jié)約了大量成本，為礦井開拓贏得了時間，確保了礦井的正常生產(chǎn)接續(xù)。

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