聯(lián)合支護(hù)在復(fù)雜地質(zhì)條件下大斷面巷道支護(hù)加固中的應(yīng)用

李文庭 LI Wen-ting；劉昌龍 LIU Chang-long

（陜西銅川礦業(yè)有限公司生產(chǎn)部，銅川 727000）

（Production Department of Shaanxi Tongchuan Mining Co.，Ltd.，Tongchuan 727000，China）

0 引言

煤礦巷道支護(hù)經(jīng)歷了木支護(hù)、砌碹支護(hù)、型鋼支護(hù)到錨桿支護(hù)的漫長過程，國內(nèi)外的實(shí)踐證明，錨桿支護(hù)是經(jīng)濟(jì)、有效的支護(hù)形式，比其它支護(hù)形式有著難以比擬的優(yōu)越性。隨著錨桿支護(hù)的推廣應(yīng)用，在實(shí)踐生產(chǎn)應(yīng)用中為適應(yīng)不同的地質(zhì)狀況并考慮成本因素，錨桿的材質(zhì)也在不停的變化著，如鐵絲錨桿、圓鋼錨桿、螺紋鋼錨桿等在不同的圍巖特征下都有著廣泛的應(yīng)用。在復(fù)雜地質(zhì)條件下特別是大斷面的巷道支護(hù)中，僅僅依靠簡單的錨桿支護(hù)已不能滿足巷道的正常使用，因此采用聯(lián)合支護(hù)形式，充分發(fā)揮各種支護(hù)形式的優(yōu)越性，取長補(bǔ)短，相互配合從整體上提高支護(hù)效果便成為支護(hù)發(fā)展的方向。支護(hù)方式的多樣性，材質(zhì)的多樣性，不同的組合產(chǎn)生的支護(hù)效果也會不同。本文以下石節(jié)煤礦為例，闡述了通過多種嘗試，摸索出的大斷面復(fù)合支護(hù)在一定的地質(zhì)條件下取得的成功，為類似地質(zhì)條件下的巷道支護(hù)提供了一定的實(shí)踐基礎(chǔ)。

1 工程概況

下石節(jié)煤礦井田地處黃隴侏羅紀(jì)煤田焦坪礦區(qū)西南部，煤系地層為傾向北西的單斜構(gòu)造，分屬中侏羅系直羅群及下侏羅系延安群。目前開采深度約600m左右。煤系地層地質(zhì)條件較差，地壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈。礦井布局為“一井一面”的集約化生產(chǎn)布局，采用一次采全高的回采工藝，自然跨落法管理采空區(qū)。950軌道石門為下石節(jié)煤礦的井底輔助運(yùn)輸巷，肩負(fù)著礦井輔助運(yùn)輸及出矸任務(wù)。950軌道石門直接底板為炭質(zhì)泥巖，片狀、松散、破碎，厚度1m左右，其下為根土巖，灰褐色泥巖，塊狀，厚度2.98m?；ò吣鄮r，為紫雜色泥巖，團(tuán)塊狀、含鋁質(zhì)，厚度5.6m。煤層直接頂板為深灰色粉細(xì)砂巖，泥巖膠結(jié)，斜層理及緩波狀層理，厚度21.9m左右，老頂為灰色粗砂巖，中厚層狀，主要成分為石英及長石，泥質(zhì)膠結(jié)，易風(fēng)化，厚度16.8m左右，井田東部相變?yōu)榧?xì)砂巖。

下石節(jié)煤礦950軌道石門采用直墻半圓拱型斷面，巷道毛寬5.4m，巷高4m，直墻高1.3m，巷道毛斷面18.47m2。此條巷道整體為穿層巷道，層位從煤層底板穿過煤層，最終至煤層頂板。巷道層位處在煤層底板和煤層中的巷道，支護(hù)破壞較大，巷道層位完全處在煤層頂板段的巷道基本無變化。根據(jù)巷道所處層位，巷道支護(hù)破壞段圍巖硬度為3，屬于松軟型。巷道原支護(hù)采用的是錨桿規(guī)格為φ20×2250毫米螺紋錨桿，網(wǎng)為1×10米的鐵絲網(wǎng)，頂板每排布置2組錨索，規(guī)格為φ15.2×6200毫米的強(qiáng)力鋼絞線，兩根一組的組合錨索，托梁為3米長的12#槽鋼。在此種支護(hù)情況下，巷道在使用過程中，由于巷道來壓，在1年的周期內(nèi)，頂板出現(xiàn)0.3-0.7m的下沉，幫部位移量在0.4m左右，頂幫出現(xiàn)網(wǎng)包離層，底板出現(xiàn)0.5-0.8m不等的底鼓，巷道斷面收縮較大，因此必須進(jìn)行擴(kuò)巷維修，造成巷道返修率高。同一段巷道經(jīng)過多次維修后，巷道圍巖的松動圈越來越大，給支護(hù)帶來了較大的難度。從巷道原有錨網(wǎng)支護(hù)的失穩(wěn)、破壞形式看，大部分錨網(wǎng)支護(hù)巷道的失穩(wěn)、破壞都以支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)為主。在特定的條件下，影響支護(hù)承載穩(wěn)定性的主要因素可歸結(jié)為兩大方面，一是支護(hù)材料的強(qiáng)度；另一方面則是由支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的自身穩(wěn)定性所決定。對支護(hù)承載結(jié)構(gòu)而言，其失穩(wěn)、破壞首先發(fā)生在支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際受力超過其許用應(yīng)力的危險截面（薄弱部位），并隨著破壞區(qū)域的非線性擴(kuò)展，最終導(dǎo)致支護(hù)承載結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)。因此，在巷道支護(hù)設(shè)計中，針對特定的條件，如果是支護(hù)材料強(qiáng)度方面的原因，則應(yīng)提高支護(hù)材料的強(qiáng)度；如果是支護(hù)承載結(jié)構(gòu)本身穩(wěn)定性差，則應(yīng)分析引起巷道支護(hù)承載結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞的原因，采取相應(yīng)措施，在確保支護(hù)材料自身強(qiáng)度的前提下，對支護(hù)承載結(jié)構(gòu)存在的薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng)，提高支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在直墻半圓拱巷道錨網(wǎng)支護(hù)承載結(jié)構(gòu)實(shí)際承載過程中，幫部梁結(jié)構(gòu)是頂部拱結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。為適應(yīng)巷道圍巖變形特征，提高錨桿支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，應(yīng)采取相應(yīng)措施首先加強(qiáng)兩幫梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時根據(jù)巷道圍巖的變形特點(diǎn)和錨網(wǎng)支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，采用錨索對錨桿支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)。其重點(diǎn)是根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)補(bǔ)償原理，合理確定加強(qiáng)支護(hù)位置。支護(hù)加強(qiáng)位置的合理選擇，是基于結(jié)構(gòu)補(bǔ)償后能大幅降低支護(hù)結(jié)構(gòu)的不均勻變形，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。根據(jù)巷道圍巖條件和巷道圍巖變形特征，采用錨索進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償，防止錨網(wǎng)支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的不均勻變形，提高錨網(wǎng)支護(hù)承載結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。

2 維修加固方案

2.1 施工工藝 巷道經(jīng)過擴(kuò)巷維修達(dá)到設(shè)計斷面后，先對巷道進(jìn)行混凝土初噴，控制圍巖的塑形變形，盡量減少圍巖的裸露時間，降低圍巖的風(fēng)化，使本就脆弱的圍巖不至于很快松動剝落。初噴后按正常支護(hù)順序進(jìn)行錨網(wǎng)索噴支護(hù)，最后對巷道全斷面注漿，繼續(xù)對松動及破碎圍巖進(jìn)行加固，利用漿液將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體,提高圍巖自身的強(qiáng)度，使其承載力增強(qiáng)，最大程度上發(fā)揮其整體的穩(wěn)定性。

2.2 支護(hù)參數(shù) 錨桿規(guī)格為φ20×2250mm螺紋錨桿，護(hù)表為1×2米的鋼筋網(wǎng)，巷道頂板每排布置5組錨索，兩幫各布置一組錨索，錨索為φ17.8×6200mm的鋼絞線，兩根一組的組合錨索，托梁為3m長的18#槽鋼，每兩排錨桿之間在拱間、底腳各補(bǔ)打一根加強(qiáng)錨桿，巷道全斷面噴漿，封閉噴射混凝土所用的水泥標(biāo)號為425＃硅酸鹽水泥，砂子為中粗砂，石子粒徑為6～9mm的碎石，其配合比（重量比）為1：2：2，水灰比為0.45，速凝劑摻量為不少于水泥用量的3%，不大于水泥用量的5%。全斷面注漿，注漿錨桿采用4"的鋼管，長度1.5米，注漿錨桿的間排距為1.6×1.6米，與螺紋桿錨桿插空布置。

2.3 方案特點(diǎn) 增加布置的頂?shù)捉清^桿，降低了巷道拱間容易破壞變形的程度，特別是在圍巖松軟，巷道成形差的巷道中，增加布置的頂?shù)捉清^桿與正常布置的頂?shù)捉清^桿組成的間距為0.4m的密集支護(hù)區(qū)，基本消除了巷道拱間的支護(hù)薄弱點(diǎn)，從整體上提高了支護(hù)強(qiáng)度。護(hù)表采用的鋼筋網(wǎng)，有效的增加了護(hù)表能力，提高了支護(hù)強(qiáng)度。錨索為φ17.8×6200毫米的強(qiáng)力鋼絞線，兩根一組的組合錨索，托梁為3米長的18#槽鋼的錨索支護(hù)，同時增加布置幫錨索，從整體上增加了支護(hù)強(qiáng)度，提高了支護(hù)效果。采用全斷面注漿，注漿后漿液將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體，從而提高了巖體的自身強(qiáng)度，有效的提升了巖體的力學(xué)物理性質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)利用圍巖自身作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的重要部分，充分提高圍巖的自承能力。

2.4 方案施工要求 在巷道施工時巷道尺寸必須達(dá)到設(shè)計要求；錨桿，錨索位置、角度嚴(yán)格按照設(shè)計要求施工；錨桿，錨索孔一定要吹洗干凈，嚴(yán)禁使用變質(zhì)的樹脂錨固劑；錨桿和錨索角度垂直巖面；鋼筋網(wǎng)與圍巖間一定要噴嚴(yán)噴實(shí)；為了保證施工質(zhì)量，須對錨固力進(jìn)行抽檢，抽檢不合格的錨桿索，必須在其周圍補(bǔ)打合格的替代錨桿索；錨索安裝兩天后，如發(fā)現(xiàn)預(yù)緊力下降，必須及時重新張拉；錨網(wǎng)支護(hù)施工質(zhì)量檢查合格后方可噴漿。

3 結(jié)論

采用此種復(fù)合支護(hù)的巷道，在巷道使用中，巷道來壓對巷道的支護(hù)破壞不大，巷道形變不明顯，但局部會出現(xiàn)漿皮開裂現(xiàn)象，部分底板會出現(xiàn)底臌，在使用中，通過及時敲掉開裂漿皮，進(jìn)行小范圍的起底處理，就能保證巷道的正常使用，且上述維修成本較低。此種復(fù)合支護(hù)方式的缺點(diǎn)是初次投資較高，但在單位時間內(nèi)巷道的返修率大幅下降，總體上衡量，總投資成本還是有所降低，對于圍巖狀況較差的區(qū)域，巷道維修中使用此種支護(hù)方式能起到較好的效果。

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