利用錨噴網(wǎng)支護返修軟巖巷道交岔點的實踐

徐延峰

【摘 要】介紹了井巷軟巖運輸大巷交岔點變形破壞、局部冒頂，利用松動圈支護理論設(shè)計支護，采用錨噴網(wǎng)施工工藝返修等措施，以及取得明顯技術(shù)經(jīng)濟效果。

【關(guān)鍵詞】錨噴網(wǎng)；軟巖；冒頂；松動圈支護理論

0.概述

蒼村煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力30萬t/a，地質(zhì)條件中等，平峒開采，全礦有600m失修巷道，其中，100m巷道嚴(yán)重失修，影響了礦井的生產(chǎn)與安全。目前承當(dāng)全礦運輸任務(wù)的運輸大巷交岔點段就是嚴(yán)重失修巷道之一。原為料石砌碹支護，生產(chǎn)過程中支護發(fā)生嚴(yán)重破壞后，用U型鋼可縮支架進行了返修，但是返修并不成功，幾個月就得修理一次。運輸大巷交岔點處于炭質(zhì)泥巖和中細(xì)砂巖層中，圍巖變形最為嚴(yán)重，需要經(jīng)常進行修理，特別在臨近最大斷面處的水溝一側(cè)的上方，冒頂高2.5m，長6.0m，使修復(fù)工作變得相當(dāng)困難。為此，陜西煤炭建設(shè)公司生產(chǎn)技術(shù)部組織礦方技術(shù)人員針對交岔點巷道返修維護進行了專項研究。

由于圍巖及冒落情況比較復(fù)雜，該交岔點采用U鋼支架和木棚子處理冒頂中，曾發(fā)生多次U鋼支架抱腿和木棚折斷，以及漏頂現(xiàn)象。為使交岔點返修及冒頂處理方案更具科學(xué)性，應(yīng)用松動圈支護理論，選擇了合理、可行的支護方案。按照支護方案和施工工藝，精心組織施工，取得了用錨噴網(wǎng)支護返修軟巖大巷交岔點及處理冒頂?shù)某晒Α?/p>

1.錨噴網(wǎng)支護返修方案

1.1支護方案優(yōu)選

支護方案的選取應(yīng)全面考慮所選方案的技術(shù)可行性、施工安全、方便性和經(jīng)濟性。我們對運輸大巷交岔點的返修施工擬定了3個方案，進行優(yōu)劣比較，擇優(yōu)選取。

方案1：采用缺圓拱形斷面，錨噴網(wǎng)支護方案，即刷大斷面，使所冒落部分包括在所刷大的斷面之內(nèi)。從理論角度看，巷道圍巖受力狀況比較好，錨桿受力比較均勻，在整個巷道圍巖范圍內(nèi)幾乎能夠形成一個完整的近似圓形組合拱，使得圍巖的自承能力大大提高，可縮變形量大，對巷道維護比較有利。但是由于斷面加大，刷大后的斷面幾乎等于原設(shè)計直墻半圓拱形斷面的兩倍，造成工作量大，出矸多，工人的勞動強度加大。由于斷面太高，給刷巷工作帶來困難，也加大了施工難度。

方案2：采用局部刷大的曲線形斷面。這一方案的優(yōu)點是斷面部分曲線形刷大，工作量減小，勞動強度、施工難度較方案1小些。從應(yīng)力分析角度看，巷道圍巖在頂部右側(cè)出現(xiàn)較大的應(yīng)力降低區(qū)，變形將會變大。但是，整個斷面受力尚均勻，如采取加強支護措施（即加設(shè)鋼筋梯子梁），使支護能力得到加強，對于維護巷道穩(wěn)定是可行的。

方案3：在冒落處拆除臨時支護后，在槽形冒落區(qū)內(nèi)支入特制支架，即在冒頂部位內(nèi)采取錨噴網(wǎng)和金屬支架聯(lián)合支護的方案。這樣，對冒落部分單獨處理，工作量和勞動強度進一步減小。從應(yīng)力分析看，冒落處有小部分圍巖存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，但巷道圍巖整體受力狀況同缺圓拱形斷面，但施工難度大。

從以上3個方案的分析來看，方案1工程量較大，斷面大不利于長期穩(wěn)定，不宜采用；方案3冒落處很難形成類似槽狀，鋼支架框也難以在返修中順利安設(shè)，所以也不宜采用；拆除臨時的木棚支護后，采用方案2局部刷大，既減少了工程量，又方便施工，只要使斷面形狀呈內(nèi)凹曲線形，長期穩(wěn)定將會得到保證。

1.2支護參數(shù)

經(jīng)過在附近實測圍巖松動圈，得到松動圈厚度值為2.43m，為V類軟巖。根據(jù)松動圈理論，采用組合拱原理設(shè)計錨噴網(wǎng)支護參數(shù)。組合拱厚度1.2m，錨桿長1.8m，間排距0.5m×0.5m；噴層總厚度12cm。由于冒頂段冒頂高2.5m，要求其中復(fù)噴層厚度不得小于5cm，以保證將錨桿端部封住、封嚴(yán)；采用 6.5mm圓鋼，焊接成為網(wǎng)孔125mm×125mm的網(wǎng)片。

根據(jù)冒頂段實際狀況，確定將巷道斷面兩幫至巷道底板設(shè)計成弧線形，斷面形狀與支護布置。

當(dāng)施工到交岔點處冒頂段時，需要加上鋼筋梯子梁。鋼筋梯子梁間隔1m，即每隔一排錨桿加一圈鋼筋梯子梁，用錨桿固定。

1.3施工工藝

由于交岔點斷面大，采用正臺階分層施工方法。從交岔點變斷面處開始，搭工作臺，進行分層施工。上工作面每進6片網(wǎng)后，再從下工作面開始施工進5片網(wǎng)。具體方法：

（1）在上工作面拆除1片網(wǎng)寬的臨時支護→挑頂，初噴混凝土厚30mm以上→鉆錨桿眼、掛網(wǎng)（在冒頂段安裝鋼筋梯子梁、安裝錨桿）→上工作面再拆除1片網(wǎng)寬的臨時支護，重復(fù)上述工序直到6片網(wǎng)寬。

（2）當(dāng)上工作面完成6片網(wǎng)寬的支護工作后→下工作面刷幫至1片網(wǎng)寬→初噴混凝土30mm以上→鉆錨桿眼、掛網(wǎng)（在冒頂段還安裝鋼筋梯子梁、安裝錨桿）→下工作面再拆除1片網(wǎng)寬的臨時支護，重復(fù)上述工序直到5片網(wǎng)寬。

（3）重復(fù)上述步驟的正臺階施工工序。每進行完上述步驟一次，錨網(wǎng)經(jīng)檢查合格后，進行復(fù)噴50mm混凝土層；如果不合格，立即停止其它工作進行整改。

1.4技術(shù)要點

（1）冒頂處理的斷面形狀必須符合所選方案中的斷面形狀，使其近似設(shè)計的平滑弧線形。如兩幫施工成直墻或內(nèi)凸，必然造成變形量大而導(dǎo)致失敗。

（2）嚴(yán)格控制挑頂、刷幫距離，不得超過1片網(wǎng)寬度。否則，將會發(fā)生新的冒頂。

（3）冒頂段（長6m）處理完后，按上述工序正常返修施工，直到交岔點施工完畢。

（4）錨桿間排距≤500mm，與巷道周邊夾角≥75°；鋼筋梯子梁間距≤1000mm；網(wǎng)片搭接要牢固；初噴厚度≥30mm，復(fù)噴厚度≥50mm。

（5）施工前應(yīng)嚴(yán)格制定作業(yè)規(guī)程，并加強施工質(zhì)量檢查，保證安全施工。

2.返修效果

2.1施工經(jīng)驗

大交岔點冒頂段，冒高2.5m，長6m，是返修施工的難點。這段工程的返修質(zhì)量的優(yōu)劣，直接關(guān)系到大交岔點返修的成敗。

（1）采用了臺階方法施工取得了成功。先施工上部工作面冒頂?shù)淖髠?cè)斷面，噴層接頂，控制住冒頂處的不穩(wěn)定圍巖，后施工上部工作面非冒頂?shù)挠覀?cè)斷面。完成冒頂段6m范圍的上工作面拱部施工后，再進行下工作面兩幫的刷大和支護施工。最后，安裝6道梯子梁進行加強支護。

（2）在冒頂部位，對最上部的0.5m高度進行充填，有效改善了冒頂處的斷面形狀，對該處圍巖穩(wěn)定有利。即對這0.5m，用分層噴射混凝土充填350mm，掛網(wǎng)打錨桿，網(wǎng)距噴層150mm，其空間用噴射混凝土填實。

（3）挑選有經(jīng)驗的工人在冒頂處操作，保證施工質(zhì)量和安全。

2.2收斂變形測試

施工完后，在大交岔點靠近最大斷面附近布置了一個測試面。測面數(shù)據(jù)的采集從8月28日開始至10月26日觀測60天，觀測結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)交岔點右?guī)妥冃紊源螅傋冃瘟?2.74mm。左幫變形較小，總變形量15.94mm?，F(xiàn)場觀察到左幫要比右?guī)统尚秃茫装蹇傋冃瘟?9.34mm。從測試數(shù)據(jù)分析，巷道圍巖應(yīng)力趨于穩(wěn)定。

變形趨于穩(wěn)定，說明在全斷面錨噴網(wǎng)作用下，開始形成封閉的組合拱結(jié)構(gòu)，大交岔點返修支護取得基本成功。

3.結(jié)論

（1）在平巷松動圈破碎厚度接近3m的圍巖中，采用錨噴網(wǎng)支護返修嚴(yán)重失穩(wěn)的交岔點以及處理冒頂獲得了成功。工程實踐證明，運用圍巖松動圈支護理論確定的返修支護參數(shù)和采用的施工工藝在技術(shù)上是合理的、可行的。

（2）錨噴網(wǎng)支護返修方案，施工簡單、安全可靠，勞動強度小，支護及時主動，維護時間長，還不影響正常生產(chǎn)運輸。采用錨噴網(wǎng)方式返修，比過去常用的U型鋼支架節(jié)約支護費用35%以上，比木支架節(jié)約支護費用70%以上，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。