論錨網(wǎng)索、梯子梁、噴砼聯(lián)合支護(hù)在拱形巷道中的應(yīng)用

蒲元宏P(guān)U Yuan-hong

（中煤第一建設(shè)有限公司第十工程處，邯鄲056000）

0 引言

隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，越來越多煤礦的巷道設(shè)計(jì)在煤層中。禾草溝煤業(yè)有限公司的5#煤輔運(yùn)大巷、回風(fēng)大巷、膠運(yùn)大巷均沿煤層底板進(jìn)行掘進(jìn)。為滿足巷道的使用和服務(wù)年限，可以改變煤層巷道的設(shè)計(jì)形式，可采用半圓拱形斷面為主要形式，支護(hù)采用了錨網(wǎng)索、梯子梁、噴砼聯(lián)合支護(hù)。5#煤井巷工程頂板，可選用泥巖和油頁巖作為主要材料，利用預(yù)應(yīng)力錨索加固周圍巖層，這項(xiàng)技術(shù)主要是通過錨索，對(duì)被加固的巖體施加作用力，防止巖體發(fā)生形變，影響施工進(jìn)程。在這一過程當(dāng)中，主要采用多種聯(lián)合支護(hù)工藝。W 鋼帶（4000×230×5mm）原材料是Q235 碳素鋼板，表面寬度達(dá)到230mm 與噴射混凝土粘結(jié)性不好，稍有壓力鋼帶變形經(jīng)常造成鋼帶表面的混凝土脫皮、掉包等現(xiàn)象，為安全生產(chǎn)帶來很大隱患。采用了錨網(wǎng)索、梯子梁（Φ18×150×4000mm）、噴砼聯(lián)合支護(hù)后，有效地解決了安全問題。從宏觀角度來講，這樣的施工方式可以大幅降低成本投入，全面提升工程進(jìn)展速度，與此同時(shí)，工人的作業(yè)強(qiáng)度也能得到有效改善，對(duì)接下來的工程推進(jìn)起到積極作用。

1 支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

1.1 理論依據(jù)

①在施工過程中，隨著掘進(jìn)巷道逐漸推進(jìn)，及時(shí)將相關(guān)設(shè)施進(jìn)行安裝，各部分設(shè)施起到的作用都不相同，就像過去“納鞋底子”一樣，煤、梁、網(wǎng)就好比“鞋底子”，錨、索就是其中的線。這樣的組合可以將梁內(nèi)的巖體固定住，防止在施工過程中出現(xiàn)問題。

②將錨桿和錨索在圍巖內(nèi)部進(jìn)行固定，兩者間的錨固力可以于巖體進(jìn)行相互作用，通過擠壓作用，圍巖間的摩擦力逐漸加大，提升圍巖結(jié)構(gòu)的整體性和牢固性。再加上相關(guān)設(shè)施的連接作用，促使巖體與設(shè)施形成堅(jiān)固的梁體，有效阻止外層巖層發(fā)生形變，提升圍巖的穩(wěn)固程度。

③同理，拱形巷道的拱部，可以在相關(guān)設(shè)施的協(xié)助下，在頂部形成完整的框架。

④在噴射砼以前，網(wǎng)主要的作用是防止錨固后巖體出現(xiàn)碎渣掉落的情況，進(jìn)一步減少錨桿所承受的張力，巖體的松動(dòng)程度也會(huì)逐漸加大，這也會(huì)超出錨桿預(yù)期的牢固范圍；在進(jìn)行噴射砼后，網(wǎng)起到了加強(qiáng)的相關(guān)作用。

⑤鋼筋梯子梁是加強(qiáng)網(wǎng)、索的連接作用和使整個(gè)錨索外段形成一個(gè)框架結(jié)構(gòu)。

⑥在這一過程當(dāng)中，梯子梁主要起到相應(yīng)的支護(hù)作用。

1.2 錨桿、錨索、噴砼相關(guān)參數(shù)

根據(jù)已有的實(shí)踐內(nèi)容，以及計(jì)算分析后，按支護(hù)的先后順序，相關(guān)設(shè)備的支護(hù)的參數(shù)可參照以下內(nèi)容：

①金屬網(wǎng)：將10#鐵絲制成1000×2400 的經(jīng)緯網(wǎng)，經(jīng)緯網(wǎng)的規(guī)格可以根據(jù)墻體的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，然后選定合適的寬度進(jìn)行搭接，每個(gè)經(jīng)緯網(wǎng)之間搭接100mm，并用14#鉛絲進(jìn)行捆扎。

②梯子梁：可選用Φ18 螺紋鋼，寬度可固定為150mm，長(zhǎng)度要按照實(shí)際頂寬進(jìn)行安排（該工程采用4000mm），梯子梁間的距離也要根據(jù)錨桿的排距進(jìn)行調(diào)節(jié)，遇到交岔點(diǎn)或者頂板發(fā)生碎裂時(shí)，梯子梁間的間距也可能隨之減小。

③錨桿則采用Φ20×2400 的左旋無縱筋螺紋鋼，螺尾蚊為Φ20。錨桿孔徑為Φ28，頂部采用3 支MSCK2835 樹脂錨固劑進(jìn)行錨固，頂部的錨桿角度要保持為30°角，其他的錨桿垂直于頂板即可；幫部選用的錨桿孔徑為Φ32，可采用樹脂錨固劑進(jìn)行固定，靠頂端和底部錨桿要與水平線形成10°角，其余水平布置。在凸凹不平的部分補(bǔ)加木質(zhì)托盤，確保每根錨桿托盤緊貼巖面。

④錨索：可以采用高強(qiáng)度、低松弛的絞線進(jìn)行加工，選用Φ17.8mm×7900，錨孔為Φ28 的絞線，錨固劑可以選用樹脂藥卷，錨固長(zhǎng)度為1750mm。沿巷道中心布置，間距1.8m。

⑤噴砼：噴砼的厚度為120mm，相應(yīng)的強(qiáng)度等級(jí)為C20。

⑥為了保證拱形巷道在可以投入到安全使用當(dāng)中，各巷道交岔口的頂部可以加固梯子梁進(jìn)行鞏固，錨索長(zhǎng)度為7.9m，間距0.9m。

2 施工方法

錨桿（索）施工：頂部施工可以采用錨桿機(jī)、中空六角鋼釬桿、合金剛鉆頭鉆錨桿（索）眼，型號(hào)分別為MQT—130 型錨桿機(jī)、B19mm、Φ32mm，其中，錨桿眼深2350mm，錨索眼深7700mm。首先利用錨桿機(jī)，安裝相應(yīng)的頂部零件，在完成鉆眼工作后必須將巖粉吹干凈，并且利用錨桿（錨索）測(cè)量其深度。當(dāng)眼深符合相關(guān)要求后，可以選用雙股14#鐵絲進(jìn)行搭接。在安裝錨桿的時(shí)候，錨桿頂要露出500-600mm，當(dāng)錨索頂至1000mm 時(shí)，可以進(jìn)行攪拌動(dòng)作，時(shí)間大約為20s。這一過程應(yīng)以托盤和金屬網(wǎng)能與巖體緊密貼合為基準(zhǔn)，如果兩者間沒有緊密貼合，可利用螺母進(jìn)行二次固定；當(dāng)錨索完成安裝后，可經(jīng)過30 分鐘以上的晾曬，然后將托盤、梯子梁進(jìn)行拉緊。

3 具體施工質(zhì)量要求以及注意事項(xiàng)

3.1 施工質(zhì)量要求

①錨桿：在施工過程當(dāng)中，錨桿鉆孔方向和巷道輪廓線之間的角度要注意，其角度不宜小于75°，眼減排距離和錨桿孔深可以有相應(yīng)的偏差范圍，數(shù)值為±100mm 和0～+50mm，在外露長(zhǎng)度上也有相關(guān)的長(zhǎng)度要求，一般外露10～40mm；這樣的長(zhǎng)度可以保證錨桿托盤可以和巖體緊密結(jié)合。

②錨索：鉆孔方向和巷道輪廓線的角度不宜小于87°，鉆孔深度7700～7900mm，安裝深度不小于設(shè)計(jì)的深度的90%,預(yù)緊力最小值不小于設(shè)計(jì)的90%，外露長(zhǎng)度張拉鎖緊后不大于200mm。錨索預(yù)應(yīng)力不小于140kN（36MPa），錨固力不小于330kN（75MPa）。若頂板破碎或壓力大時(shí)，根據(jù)頂板情況適當(dāng)加密錨索。

③錨桿和錨索要盡量按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，角度、深度鉆孔數(shù)值都要得到保證，其中孔深要在設(shè)計(jì)值和+50mm之間，角度偏差應(yīng)該限制在15°以內(nèi)。

④錨桿間和索間距的距離誤差應(yīng)該控制在設(shè)計(jì)值的±100mm 之間，偏中線的誤差不應(yīng)超過100mm。

⑤錨桿（索）鉆完后，要及時(shí)將孔內(nèi)的巖體碎屑清理干凈，施工者可以利用掃眼器清除孔內(nèi)殘留的碎屑，保證錨固劑和錨孔壁可以連接，提升連接效果。其中，使用樹脂錨固劑時(shí)，一定要先規(guī)定卷數(shù)，并且在施工過程中要嚴(yán)格根據(jù)這一規(guī)定安裝。當(dāng)藥卷插入到錨桿孔后，需要用錨桿將錨固劑頂入眼底。當(dāng)錨桿安裝完畢后，不應(yīng)立即收回錨桿機(jī)的氣腿，防止出現(xiàn)施工問題。

⑥梯子梁等器材在選取材料時(shí)，可選用適當(dāng)?shù)木W(wǎng)片，錨桿扭矩必須達(dá)100Nm。錨索可用錨索張力進(jìn)行拉緊，要求預(yù)緊力不小于36MPa。梯子梁需要在規(guī)格上保持。經(jīng)緯網(wǎng)之間的搭接長(zhǎng)度要進(jìn)行測(cè)量，應(yīng)為100mm，并用14#鉛絲雙股進(jìn)行固定，其中，擰扣應(yīng)大于或等于3.5 圈，間距為300mm。

⑦噴砼：盡量要保證噴厚均勻，其厚度不小于設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行復(fù)噴時(shí)受噴面需要保持整潔，噴后需要及時(shí)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)不少于7 天。

⑧網(wǎng)后不得有空隙，需要將砼與巖面結(jié)為整體，防止壁后離層現(xiàn)象。

3.2 注意事項(xiàng)

①嚴(yán)格控制控頂距，防止圍巖發(fā)生位移，施工者可利用噴漿等封住巖體，從而阻止巖體受到外界影響，產(chǎn)生脫落等情況，對(duì)于巖體的受力結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生影響。

②梯子梁在斜巷施工中，需要根據(jù)山體結(jié)構(gòu)進(jìn)行架設(shè)，梯子梁在架設(shè)當(dāng)中要注意其不能發(fā)生移位，避免支護(hù)強(qiáng)度受到阻礙。

③當(dāng)幫部片落程度較為嚴(yán)重時(shí)，可以利用加木襯墊等形式，從原理上保證錨桿所受到的力量是均勻的。如果在施工當(dāng)中遇到巖層松散等情況時(shí)，需要逐步加深錨固的深度，并且減小錨桿之間的距離，用以滿足支護(hù)需要，保證橋體安全。

4 施工應(yīng)用效果

以禾草溝煤業(yè)有限公司為例，煤回風(fēng)巷、膠帶巷、輔運(yùn)大巷三條巷道，全部采用該種支護(hù)方式，并且取得良好的成效，從最近幾年的觀察當(dāng)中，巷道外觀尚未出現(xiàn)掉皮等現(xiàn)象，整體效果較好。

在支護(hù)設(shè)計(jì)期間結(jié)合錨桿組合拱和錨索懸吊理論進(jìn)行合理分析。錨索支護(hù)的主要原理是將錨索深入巖體，是一種進(jìn)行預(yù)知應(yīng)力的施工技術(shù)。在這一技術(shù)當(dāng)中，可以加大拉應(yīng)力，為巷道提供更加堅(jiān)實(shí)的力量支撐。巷道的兩幫以拱形為底，起到保護(hù)煤柱的作用，支護(hù)錨索后，可將受力區(qū)分為三個(gè)部分，為錨索提供支撐，兩幫為線支撐。在這樣的施工技術(shù)當(dāng)中，中間的拱形冒落幅度相對(duì)來講最大；梯子梁是由φ18 圓鋼加工而成，在釋放壓力時(shí)具有一定的彈性變性，梯子梁和混凝土的混合可以起到更好的支護(hù)效果，避免相關(guān)設(shè)備在受力后發(fā)生加大形變，這樣的施工方式也可以從根本上減少脫皮等情況的發(fā)生。此項(xiàng)支護(hù)形式已成功用于所有半圓拱形噴漿巷道，效果明顯，質(zhì)量保證，安全隱患大大減少。在井下所有大巷施工中均已采納。

5 體會(huì)

①聯(lián)合支護(hù)可以作為一種有效的支護(hù)形式，將這種支護(hù)應(yīng)用到拱型巷道當(dāng)中，可以更好的鞏固拱形巷道的堅(jiān)實(shí)程度。

②采用錨網(wǎng)索、梯子梁、噴砼聯(lián)合支護(hù)形式的拱形巷道的特點(diǎn)是：減小氣流阻力、提升斷面的利用程度、加快施工速度，適用于大型礦井施工。

③施工者可以根據(jù)巷道具體用途，可分別選用錨噴、錨網(wǎng)噴、等多種支護(hù)方式，全面提升施工效率。

④在具體的施工過程中，施工方可以對(duì)頂板和幫部安裝頂板離層儀，對(duì)于其變化進(jìn)行細(xì)致掌控，從而確保巖巷可以投入使用。