錨噴網(wǎng)支護(hù)技術(shù)在破碎巖層及動(dòng)壓巷道中的應(yīng)用

摘要：文章在分析紅炭山礦業(yè)有限責(zé)任公司牛欄山煤礦地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上，針對(duì)錨噴網(wǎng)支護(hù)技術(shù)在破碎巖層及動(dòng)壓巷道中的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行分析，重點(diǎn)探討了破碎巖層及動(dòng)壓中施工巷道的礦壓特點(diǎn)問(wèn)題，最后還提出相關(guān)的破碎巖層及礦壓巷道控制的措施。

關(guān)鍵詞：錨噴網(wǎng)支護(hù)；破碎巖層；動(dòng)壓支護(hù)；動(dòng)壓巷道

中圖分類(lèi)號(hào)：U417 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）12-0049-02

巖巷和煤巷中應(yīng)用煤礦巷道支護(hù)技術(shù)越來(lái)越多，推廣應(yīng)用的錨噴網(wǎng)支護(hù)形式也十分常見(jiàn)。為了能夠明顯提高支護(hù)效果，這種支護(hù)方式能夠使得圍巖的支護(hù)受力狀態(tài)得以改善。本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)于牛欄山煤礦井下破碎巖層巷道的礦壓進(jìn)行觀測(cè)，最后提出相關(guān)的各種礦壓控制措施。

1 工程概述

本文研究對(duì)象是牛欄山煤礦202采區(qū)、285～22#石門(mén)巷道和285區(qū)段23#采空區(qū)，其中，在施工過(guò)程中受?chē)鷰r破碎、易風(fēng)化脫層影響比較嚴(yán)重，同時(shí)，巷道變形由于采動(dòng)動(dòng)壓影響可能產(chǎn)生。為了盡可能保證安全施工，應(yīng)該注意在工字鋼棚支護(hù)過(guò)程中的無(wú)法阻止巷道片幫脫層的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)研究討論決定，為了取得更好的加固效果，這里采用錨噴網(wǎng)支護(hù)技術(shù)。

2 牛欄煤礦202采區(qū)22#煤層的地質(zhì)概況

對(duì)于牛欄煤礦202采區(qū)22#煤層來(lái)說(shuō)，平均傾角25度，煤層平均厚度為1.01。灰黑色的底板，中厚層狀細(xì)粉砂巖，其中，植物根莖化石含量比較豐富，粗粉砂巖、細(xì)砂巖在局部出現(xiàn)，起伏現(xiàn)象也呈現(xiàn)在底板；灰黑色的頂板，中厚層狀砂質(zhì)泥巖，細(xì)粉砂巖個(gè)別出現(xiàn)，偽頂0.05～0.2米，還存在大量的似層狀黃鐵礦結(jié)核?？箟嚎辜魪?qiáng)度對(duì)于總體頂?shù)装鍋?lái)說(shuō)比較低，呈現(xiàn)后生理層發(fā)育的特點(diǎn)，巖石硬度系數(shù)在4～6范圍。

3 壓力巷道破壞機(jī)理

采礦中的動(dòng)壓力主要包括頂板垮落集中壓力、回采工作面超前集中壓力以及相應(yīng)的兩側(cè)采空的雙側(cè)集中壓力和一側(cè)采空的單側(cè)煤柱壓力，另外就是一些其他的疊加應(yīng)力，也就是說(shuō)是指各種集中壓力在礦山開(kāi)采活動(dòng)所形成的總和。對(duì)于動(dòng)壓巷道來(lái)說(shuō)，就是指經(jīng)受采動(dòng)影響的井下巷道。采動(dòng)會(huì)影響到巷道所處的礦山壓力狀態(tài)，這樣圍巖原有穩(wěn)定性就不能保持，形成圍巖應(yīng)力的多次重新分布特點(diǎn)，增大了位移和壓力，顯著變形的圍巖都說(shuō)明了打破相關(guān)的靜壓狀態(tài)下的穩(wěn)定平衡。所以，只有等到應(yīng)力重新分布而達(dá)到新平衡后，才有可能形成穩(wěn)定的巷道圍巖。巷道在沒(méi)有支護(hù)加固的情況下，無(wú)疑將會(huì)受到不同程度的破壞，甚至出現(xiàn)片幫、冒頂?shù)默F(xiàn)象，這樣對(duì)于巷道的正常安全使用就造成很大問(wèn)題。

4 錨噴網(wǎng)支護(hù)機(jī)理

支護(hù)一般都是在巷道掘進(jìn)后進(jìn)行施工，這樣能夠有效防止圍巖垮落或過(guò)大變形，從而增強(qiáng)了巷道的穩(wěn)定性。架設(shè)棚式支架或砌碹是過(guò)去常用的維護(hù)巷道的方法，隨著技術(shù)不斷發(fā)展，礦山施工中的錨噴網(wǎng)支護(hù)應(yīng)用越來(lái)越多。這種重大革新與進(jìn)步的支護(hù)技術(shù)正在逐漸取代后者。組合梁作用和擠壓加固拱作用能夠很好地體現(xiàn)在錨桿支護(hù)對(duì)圍巖的作用上。為了抗彎、抗剪能力能夠得以增加，需要完整處理圍巖表面破碎圈，從而形成噴層平整均勻，同時(shí)，還具有較大的允許變形量和較高柔性。

主動(dòng)地保持圍巖的完整性和穩(wěn)定性則是錨噴網(wǎng)支護(hù)最為主要的特點(diǎn)，能夠有效地使得圍巖自身的支承作用得以發(fā)揮，能夠較好地控制圍巖變形、位移及裂隙發(fā)展。這種支護(hù)形式對(duì)于斷層破碎帶不穩(wěn)定巖石較為適用。

4.1 錨桿作用

擠壓加固作用是通過(guò)錨桿的擠壓加固作用，這樣就能夠均勻地連接壓縮帶。一方面能實(shí)現(xiàn)錨桿-圍巖共承載組合拱，保持自身穩(wěn)定；另外一方面，能夠滿足承受地壓的要求，使得上部圍巖的松動(dòng)和變形得以阻止。

4.2 噴射混凝土作用

（1）能夠提高強(qiáng)度，圍應(yīng)力狀態(tài)得以改善，加固作用通過(guò)張開(kāi)的節(jié)理、裂隙的充填和圍巖的固結(jié)得以實(shí)現(xiàn)；（2）圍巖強(qiáng)度得以提高，有效阻止風(fēng)化作用，及時(shí)封閉圍巖，同時(shí)能防止風(fēng)化形成的圍巖破壞；（3）緊密粘結(jié)噴射混凝土和圍巖，柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)，能使得個(gè)別危巖活動(dòng)、滑移或墜落有效防止；（4）噴射混凝土把破壞的巖塊聯(lián)成整體，這樣就形成組合拱作用，防止深部圍巖進(jìn)一步變形；（5）防止圍巖的局部破壞，可以通過(guò)提高噴層與巖石的粘結(jié)力和抗剪強(qiáng)度而實(shí)現(xiàn)，這樣就能有效防止個(gè)別危巖活動(dòng)、滑移或墜落。

5 礦用鋼塑復(fù)合防護(hù)網(wǎng)

（1）為了實(shí)現(xiàn)全面積錨固擠壓，應(yīng)該改變?cè)瓉?lái)的巷道壁的點(diǎn)錨固，這是通過(guò)鋪設(shè)防護(hù)網(wǎng)相應(yīng)增大錨桿托板的面實(shí)現(xiàn)的；（2）增強(qiáng)噴層的支護(hù)強(qiáng)度是通過(guò)提高了噴層抗剪、抗拉的能力而實(shí)現(xiàn)的；（3）為了滿足噴層與圍巖之間不易離層、脫落，可通過(guò)錨桿和防護(hù)網(wǎng)，把噴層與巷壁牢固地結(jié)合一起實(shí)現(xiàn)。

6 支護(hù)參數(shù)的選擇

首先，按照下式進(jìn)行錨桿長(zhǎng)度的計(jì)算：

L=N（1.1+B/10）=1.2×（1.1+2.3/10）=1.6m

其中，錨桿間距：D≤0.5L=0.5×1.7=0.85m

式中：B代表巷道跨度，這里取2.3m；N代表圍巖穩(wěn)定性影響系數(shù)，Ⅲ類(lèi)圍巖取系數(shù)1.2。

高強(qiáng)螺紋鋼錨桿可以通過(guò)上述計(jì)算結(jié)果得到，同時(shí)選用的螺紋鋼錨桿規(guī)格如下：長(zhǎng)度為1600～2000mm/根，直徑16mm；為了實(shí)現(xiàn)攪拌和固定樹(shù)脂錨固劑，前端弄成麻花狀；鎖定托盤(pán)作用則是通過(guò)后端打成螺紋而實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)，一個(gè)螺母和一個(gè)托盤(pán)都配置在一根錨桿上。

每排5根，排距在1000mm，間距850mm、1000mm等幾種規(guī)格，錨固劑樹(shù)脂藥卷規(guī)格：Φ23×350mm，每眼用1卷，托板規(guī)格：直徑160mm、厚10mm圓形托板，采用Φ28mm的鉆頭打眼施工。

7 礦用鋼塑復(fù)合防護(hù)網(wǎng)的選擇條件

（1）為了不影響碹體強(qiáng)度以及噴碹時(shí)網(wǎng)后出現(xiàn)空洞，網(wǎng)眼不能過(guò)?。唬?）網(wǎng)筋應(yīng)該具備一定抗剪、抗彎能力，滿足強(qiáng)度和剛度的要求；（3）施工中使用大小合適的網(wǎng)片比較容易操作。

這里選擇的防護(hù)網(wǎng)片規(guī)格如下：金屬菱形網(wǎng)抗拉標(biāo)準(zhǔn)≥2450N，單邊極限抗拉強(qiáng)度≥4000N；延深率≤5%；網(wǎng)眼尺寸：50×40mm或50×70mm（可調(diào)）；網(wǎng)寬：800～3000mm（可調(diào)）；阻燃性能：有焰單根≤10S；無(wú)焰單根≤60S；抗靜電性能：≤3×108Ω。平直進(jìn)行網(wǎng)鋪設(shè)，應(yīng)該滿足緊貼巖壁要求。盤(pán)條網(wǎng)相鄰兩邊作鉤進(jìn)行連接是為了滿足金屬網(wǎng)的搭接，通過(guò)φ10鐵絲加固，最后用托板壓緊金屬網(wǎng)。

8 噴射混凝土

（1）選擇合適的噴射混凝土厚度。噴層應(yīng)該確定合適厚度，因?yàn)檫^(guò)厚影響其柔性，使脆性增加，而過(guò)薄影響支護(hù)強(qiáng)度，這樣容易造成不能保持圍巖形成的承載結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)討論分析，結(jié)合本地的實(shí)際情況，確定噴射混凝土厚度為100mm；（2）噴射混凝土材料要求。普通硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí)為42.5，要求石子直徑不大于25mm，選擇粒徑為0.3～3mm的中砂，水泥∶砂子∶石子=1∶2.5∶1.5；（3）噴射混凝土參數(shù)選擇。這里選用工作壓力0.12～0.18MPa的旋轉(zhuǎn)式ZHP-2型混凝土噴漿機(jī)，同時(shí)要求輸料管長(zhǎng)20m，噴口到噴面距離1～1.5m，速凝劑控制在3%～5%范圍內(nèi)。噴拱頂時(shí)應(yīng)取大值，而噴兩墻時(shí)取小值，為了保證混凝土的強(qiáng)度，降低回彈、粉塵，應(yīng)該做到潮拌料并在噴前巖壁灑水。

9 錨桿施工

要求從巷道中頂部位開(kāi)始，逐漸向兩側(cè)進(jìn)行施工，滿足交叉進(jìn)行錨桿與打錨桿眼安裝，在安裝到位每眼錨桿以后，應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行人工加扭操作，滿足錨桿錨固力不小于15MPa，同時(shí)，每根錨桿扭矩不小于50N·M。先打臨時(shí)支護(hù)，從兩幫開(kāi)始掛網(wǎng)，原有的金屬棚腿就可以接著拆除。

10 結(jié)語(yǔ)

錨噴網(wǎng)支護(hù)技術(shù)在該巷道的加固已經(jīng)成功實(shí)施一年多，巷道沒(méi)有出現(xiàn)變形、碹體脫落、片幫等現(xiàn)象，表現(xiàn)出完整良好特性。通過(guò)實(shí)例證明，錨噴網(wǎng)支護(hù)技術(shù)在動(dòng)壓破碎帶中采用是完全可行的，這種施工簡(jiǎn)便的支護(hù)方式，能夠保證施工安全的同時(shí)，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，是一種“抗”與“讓”相結(jié)合的柔性支護(hù)，也是一種主動(dòng)的支護(hù)方式。

作者簡(jiǎn)介：王維東（1977—），男，福建煤電股份有限公司生產(chǎn)技術(shù)部副經(jīng)理，采礦工程師，研究方向：

采礦。

（責(zé)任編輯：劉 晶）