反向施工大斷面交岔點(diǎn)加固技術(shù)的研究與應(yīng)用

摘要：本文針對(duì)平煤股份六礦——440大巷圍巖軟弱地質(zhì)特征、結(jié)合目前支護(hù)領(lǐng)域內(nèi)的新工藝、新理論，針對(duì)巷道大斷面變形機(jī)理，研究提出相應(yīng)的圍巖控制方案。對(duì)于這種巖體破碎松軟、具有持續(xù)變形、圍巖流變特性的巷道，解決問題的關(guān)鍵是：在提出科學(xué)控制巷道流變機(jī)理基礎(chǔ)上，選擇好正確的技術(shù)路線、采用創(chuàng)新的支護(hù)技術(shù)并確定合理的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)巷道表現(xiàn)出持續(xù)大變形、長(zhǎng)時(shí)間流變特征，研究制定具有組合創(chuàng)新的錨噴+36U大五節(jié)拱形棚+淺孔、深孔注漿聯(lián)合支護(hù)大變形巷道的治理方案。

關(guān)鍵詞：反向交叉點(diǎn) 大斷面 埋深大 二次支護(hù)技術(shù)

1 工程概況及地質(zhì)條件

-440大巷主要用于礦井通風(fēng)及運(yùn)輸，服務(wù)年限較長(zhǎng)，丁一交岔點(diǎn)全長(zhǎng)11m，高度為6.5m，最大跨度為10.5m。采取先錨噴后架21架對(duì)號(hào)棚子最后進(jìn)行注漿的施工程序，施工方法采取先大斷面后小斷面，返修前巷道最寬處寬度7200mm，最高高度3300mm。巷道距地表埋深630m，巷道層位巖石多為砂質(zhì)泥巖、泥巖、細(xì)-中細(xì)粒砂巖，普氏系數(shù)f=1～4，裂隙發(fā)育。

2 支護(hù)方式的選擇

2.1 支護(hù)方法選擇、比較 從目前巷道支護(hù)形式及支護(hù)效果上來看，巷道的支護(hù)形式可分為三個(gè)層次：①各種型鋼支架支護(hù)的被動(dòng)支護(hù)形式；②以錨噴支護(hù)為主的改善巷道力學(xué)性能的主動(dòng)支護(hù)形式；③以從根本上改善圍巖結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的以注漿加固為主的聯(lián)合支護(hù)加固形式，支護(hù)形式越高，支護(hù)效果越好。

2.1.1 各種型鋼支架支護(hù)的被動(dòng)支護(hù)形式。型鋼支架在我國(guó)煤礦巷修支護(hù)中得到廣泛應(yīng)用。在通常的圍巖壓力作用下，采用普通的型鋼支架結(jié)構(gòu)形式支護(hù)效果比較理想，但是由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，在地壓較大，圍巖穩(wěn)定性差，且圍巖壓力常呈不均勻分布特性的狀況下，普通型鋼支架的承載能力大大降低，使得型鋼支架遭到嚴(yán)重破壞。采用單一的型鋼支護(hù)不能解決此類軟巖巷道的支護(hù)難題。

2.1.2 以錨噴支護(hù)為主的改善巷道力學(xué)性能的主動(dòng)支護(hù)形式。錨桿由于其短而密，能在圍巖松動(dòng)圈內(nèi)形成組合拱，再加上外噴一定厚度的混泥土和加掛金屬網(wǎng)，構(gòu)成一定強(qiáng)度的加固帶，對(duì)巷道淺部松動(dòng)區(qū)圍巖起足夠的支護(hù)加固作用，限制圍巖碎脹變形。而且在預(yù)應(yīng)力錨索作用下，不僅形成第二較大范圍的“自承拱”，而且將淺部錨桿形成的組合加固拱穩(wěn)固地吊掛于深部穩(wěn)定巖體中，可使圍巖總體變形大大減少。但是，-440大巷高應(yīng)力區(qū)破碎圍巖極為破碎，局部鉆孔深測(cè)圍巖4.5m深處還有空洞，說明局部圍巖松動(dòng)范圍至少在4.5m以上，原設(shè)計(jì)錨桿長(zhǎng)2.4m，但在鉆孔時(shí)連續(xù)發(fā)生卡鉆現(xiàn)象，致使錨桿支護(hù)強(qiáng)度大大降低。針對(duì)此段圍巖實(shí)際狀態(tài)，采用了錨噴+36U拱形棚支護(hù)+淺深孔注漿聯(lián)合支護(hù)。

2.1.3 以注漿加固為主的聯(lián)合加固支護(hù)形式。聯(lián)合支護(hù)采用多種不同性能的單一支護(hù)的組合結(jié)構(gòu)，能夠發(fā)揮各種支護(hù)形式各自的特點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，共同作用，以適應(yīng)高應(yīng)力區(qū)松軟巖層地壓與變形的要求，最終達(dá)到圍巖及巷道穩(wěn)定的目的。

該項(xiàng)目采用淺深孔注漿的作用是用注漿泵將水泥砂漿注入大范圍松動(dòng)圈巖石的裂隙，將碎巖與水泥漿共同組成高強(qiáng)的承載拱，抵抗圍巖變形的巨大壓力，同時(shí)可使錨桿、錨網(wǎng)、錨索、拱形棚與圍巖聯(lián)為一體，保證及時(shí)承載和均勻承載。注漿能夠使結(jié)構(gòu)物與深部穩(wěn)定圍巖連鎖在一起，共同作用，能使深部較硬圍巖與淺部支護(hù)組合。

在失修嚴(yán)重圍巖特別破碎段，為確保巷道成型和安全，通過采用超前預(yù)注漿加固后再返修，此項(xiàng)舉措大大提高了維修的安全系數(shù)，在維修破碎帶時(shí)也是一項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新。

2.2 確定錨桿支護(hù)參數(shù) 頂幫均選用Φ22×2600mm高強(qiáng)樹脂錨桿（屈服載荷210kN，500MPa），每根使用Φ23×350mm樹脂藥卷3支，單根錨桿錨固力不少于150kN，錨桿間排距為700×700mm；幫頂鋪設(shè)Φ6mm的80×80mm鋼筋網(wǎng)。采用Φ17.8×8000mm樹脂錨索與錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，每根錨索采用Φ23×350mm快速藥卷5支，錨索間排距1400×1400mm，每根錨索施加預(yù)緊力300～450kN。施工時(shí)預(yù)留一定的變形收縮量，以保證滿足安全生產(chǎn)的需要。

2.3 淺孔、深孔注漿支護(hù)參數(shù) 注漿以水泥單液漿為主，封口或局部漏漿嚴(yán)重時(shí)采用水泥加水玻璃雙液漿液。水泥采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水玻璃采用M=2.4～3.2，P=35～45Be堿性水玻璃。綜合以前注漿的參數(shù)壓力值，加固注漿終孔壓力1.5～2MPa左右為宜，具體情況以不對(duì)巷道造成新的破壞為原則。泥巖、砂紙泥巖、極破碎段孔深2.5m和4m，頂幫全封閉均勻布孔，注漿孔間排距2m。砂巖段淺孔深0.8m，深孔1.5m。

另外，在頂板極破碎段采用超前注漿施工，先預(yù)注漿，然后再進(jìn)行翻修。

超前預(yù)注漿孔深4m，每孔注漿量在0.6～1.1噸不等。注漿壓力在0.6～1MPa。

2.4 主要設(shè)備 ①風(fēng)動(dòng)ZQBS-8.4/12.5型雙液調(diào)速高壓注漿泵2臺(tái)。②礦用新型攪拌機(jī)、噴漿機(jī)一臺(tái)（7.5KW）。③YT-28型鑿巖機(jī)四臺(tái)。④ZLG350坑道鉆機(jī)兩臺(tái)，鉆桿300根。⑤MQT-90型氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)。⑥ZMC-30煤礦用全液壓裝巖機(jī)。

利用YT-28型鑿巖機(jī)2臺(tái)按初步預(yù)想斷面形狀，打眼裝藥放震動(dòng)炮爆破成型。極破碎段直接用手鎬修整至標(biāo)準(zhǔn)要求。堅(jiān)持逐排施工，先敲幫問頂，利用MQT-90型氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)打眼施工錨桿錨索，進(jìn)行頂板支護(hù)，風(fēng)鉆打幫眼，人工掛網(wǎng)安裝，幫頂支護(hù)到迎頭，然后進(jìn)行噴漿，噴漿后用YT-28型鑿巖機(jī)施工淺孔及深孔注漿孔，用風(fēng)動(dòng)ZQBS-8.4/12.5型雙液調(diào)速高壓注漿泵進(jìn)行淺孔、深孔注漿。

2.5 錨噴支護(hù)施工工藝及要求

2.5.1 錨桿安裝：錨桿的安裝包括裝錨固劑，插入錨桿、攪拌藥卷和緊螺母，必須做到用錨桿將藥卷送至眼底并攪拌均勻，攪拌時(shí)間為30秒左右，在攪拌過程中應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，中途不得間斷。對(duì)錨桿施加預(yù)緊力，利用加長(zhǎng)柄專用套筒或力矩扳手對(duì)錨桿施加預(yù)緊力，要求預(yù)緊扭矩不小于100～140kN.m。錨桿孔與巖面層理面要有一定的角，錨桿孔與巷道輪廓線夾角不小于75°，外露小于50mm，錨盤緊貼巖面。

2.5.2 鋪網(wǎng)：掛網(wǎng)要求平整，且搭接好，前后、上下壓茬，搭接不小于100mm，且搭接部分要有錨桿穿過，并用錨盤壓緊，使鋼筋網(wǎng)緊貼巖面或巖壁。鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)每200mm之間必須用14號(hào)以上鐵絲連接一道。

2.5.3 錨索：采用Φ17.8×8000mm預(yù)應(yīng)力鳥巢錨索與錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，每根錨索采用Φ23×350mm快速和中速藥卷5支，錨索間排距1400×1400mm，每根錨索施加預(yù)緊力300～450kN。

2.5.4 架棚：采用36U大五節(jié)拱形棚。

架棚標(biāo)準(zhǔn)：

①巷道凈寬（中寬）：4294mm，允許誤差：0～+100mm。②巷道凈高（中高）：3346mm，允許誤差：0～+100mm。③迎山：垂直于頂?shù)装逑蛏嫌?.5°。④卡纜：每處搭接點(diǎn)3套，間允許誤差：±30mm。⑤拉桿位置、數(shù)量；安裝4道，設(shè)置在頂、兩幫卡纜處。⑥背板安設(shè)位置數(shù)量：頂9道，兩幫各3道。⑦搭接長(zhǎng)度：450～500mm。⑧卡纜螺栓扭矩：120N.m允許誤差：≤10%。⑨支架間距：500mm，允許誤差：±100mm。⑩支架梁扭矩：≤100mm。

2.5.5 噴漿：由于巷道處于多次蠕動(dòng)巖層中且施工寬度7600mm，施工高度5600mm，因此，要求混泥土標(biāo)號(hào)為C20，噴射漿液要嚴(yán)格按配合比進(jìn)行攪拌，且攪拌均勻。噴漿厚度不低于200mm。施工時(shí)，先初噴80～100mm厚混泥土，然后二次掛網(wǎng)后再?gòu)?fù)噴。噴漿前，首先要進(jìn)行清理、整形，沖刷巷道，并緊固卡纜螺帽保證噴漿的粘結(jié)效果。每次噴漿后，要進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，即噴后24小時(shí)班班灑水養(yǎng)護(hù)，以后每天灑水一次，連續(xù)30天。噴漿后巷道表面平整密實(shí)，無裸露，在1m范圍內(nèi)凸凹不大于50mm。

2.6 淺孔、深孔施工工藝 施工準(zhǔn)備→鉆孔→安裝注漿管→開泵注漿→觀察注漿情況→停止注漿→關(guān)閉注漿導(dǎo)管閥門拆除注漿泵與導(dǎo)管連接裝置→清洗設(shè)備。

2.7 淺孔、深孔施工要求 設(shè)備選用風(fēng)動(dòng)ZQBS-8.4/12.5型雙液調(diào)速高壓注漿泵，用YT-28風(fēng)鉆鉆孔，孔深2.5m、4m（砂巖段采用淺孔0.8m，深孔1.5m），頂幫全封閉均勻布孔，注漿孔間排距1.5m，深、淺孔三花型間隔布置，注漿孔內(nèi)安設(shè)注漿管注漿。淺孔、深孔注漿管均采用Φ25.4×1000mm的無縫管（巖石較松軟固管有難度時(shí)，注漿管長(zhǎng)度增加到1500mm），注漿管進(jìn)漿端加工絲扣，裝上Φ25.4mm的球閥以控制孔內(nèi)漿液。

2.8 狠抓質(zhì)量達(dá)標(biāo)，嚴(yán)格獎(jiǎng)懲兌現(xiàn)，質(zhì)量達(dá)一流 在質(zhì)量管理上，由礦安排開掘區(qū)負(fù)責(zé)日常檢查和月驗(yàn)收評(píng)比定級(jí)，對(duì)質(zhì)量實(shí)行重獎(jiǎng)重罰。獎(jiǎng)罰與施工隊(duì)長(zhǎng)、書記、技術(shù)員月底工資掛鉤，強(qiáng)化質(zhì)量就是效益、質(zhì)量就是安全的意識(shí)，保證質(zhì)量達(dá)標(biāo)準(zhǔn)。

3 實(shí)踐報(bào)告

通過實(shí)踐證明我隊(duì)施工的-440大巷丁一交岔點(diǎn)施工工藝是科學(xué)的，可行的，我們不僅提前完成了礦下達(dá)的生產(chǎn)計(jì)劃，而且工程質(zhì)量也達(dá)到了優(yōu)良品。在戰(zhàn)線、礦質(zhì)量評(píng)比中得到了大家的一致好評(píng)，在公司質(zhì)量檢查評(píng)比中得到公司主要領(lǐng)導(dǎo)的表?yè)P(yáng)。

該工程完成有效的控制了頂板的變形，減少了頂板隱患，大大降低了巷道的維修量，確保了巷道的服務(wù)年限，滿足了使用要求。

4 社會(huì)效益

該支護(hù)方案的實(shí)施，大大降低巷道的失修率，延長(zhǎng)了巷道的服務(wù)年限。提高了巷道的支護(hù)強(qiáng)度，保證了生產(chǎn)安全，并且為我礦在同類型條件下大交岔點(diǎn)巷道維修方面提供了新的思路，為我礦現(xiàn)代化礦井建設(shè)，創(chuàng)建高產(chǎn)高效礦井奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。提高了礦井質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化水平和抗災(zāi)能力，另外，優(yōu)化了井下通風(fēng)系統(tǒng)，提高了巷道的運(yùn)輸能力，對(duì)于促進(jìn)我礦的安全管理及保持礦區(qū)穩(wěn)定均發(fā)揮重要作用，社會(huì)效益良好。應(yīng)用于生產(chǎn)提高了交岔點(diǎn)施工質(zhì)量，保證了工程質(zhì)量，同時(shí)為我礦在今后同類條件下大型交岔點(diǎn)巷道維修與施工方面提出了新的思路，為今后同類型條件下巷道施工工藝的改革奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和積攢了豐富寶貴的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)揮了積極作用。

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作者簡(jiǎn)介：

楊帆（1988-），男，河南林州人，本科，研究方向：煤礦巷道支護(hù)。