梅花井礦232206工作面輔助運(yùn)輸巷條帶砌碹支護(hù)研究

孟永華　李立波　史春　黃輝　黃海鵬

摘 要：目前，梅花井232206輔助運(yùn)輸巷采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)方式，在地質(zhì)構(gòu)造、圍巖淋水等因素影響下，存在巷道圍巖變形量過大、后續(xù)修整維護(hù)工作量繁重等問題。為實(shí)現(xiàn)圍巖有效控制，本研究將條帶砌碹支護(hù)技術(shù)應(yīng)用到巷道圍巖控制中，并通過理論計(jì)算方法確定砌碹厚度為200 mm。同時(shí)，依據(jù)巷道實(shí)際地質(zhì)條件，對錨桿支護(hù)段以及砌碹支護(hù)段支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場應(yīng)用后，巷道圍巖變形量控制在12 mm以內(nèi)，取得較好的圍巖控制效果。

關(guān)鍵詞：巷道掘進(jìn);支護(hù)設(shè)計(jì);條帶砌碹支護(hù);圍巖控制

中圖分類號(hào)：TD353文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）15-0059-03

Abstract： At present， the auxiliary transportation lane of Meihuajing 232206 uses anchor-net-cable-spray support method， under the influence of factors such as geological structure and surrounding rock， there are problems such as excessive deformation of the surrounding rock of the roadway and heavy follow-up repair and maintenance work. In order to achieve effective control of the surrounding rock， the strip-masonry support technology is applied to the control of the surrounding rock of the roadway， and the thickness of the building-masonry is determined to be 200 mm through theoretical calculation methods in this study. At the same time， according to the actual geological conditions of the roadway， the support parameters of the bolt support section and the masonry support section are designed. After the field application， the deformation of the surrounding rock of the roadway is controlled within 12 mm， and a good control effect of the surrounding rock is achieved.

Keywords： roadway excavation;support design;strip-masonry support;surrounding rock control

232206工作面輔助運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)長度為3 146.7 m，目前正在進(jìn)行掘進(jìn)。232206工作面輔助運(yùn)輸巷沿著22煤層底板掘進(jìn)，22煤層厚度介于3.09～5.05 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單。232206工作面輔助運(yùn)輸巷南側(cè)存在DF1正斷層，巷道頂板有直羅組粗砂巖含水層，巖性以中、粗粒砂巖為主;底板為粗砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)、顆粒支撐，富水性較強(qiáng)。巷道現(xiàn)剩余750 m，斷面為直墻半圓拱形，掘進(jìn)斷面積為21.33 m2，凈斷面積為19.79 m2。

1 工程圍巖支護(hù)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，梅花井232206輔助運(yùn)輸巷采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)方式，錨桿為[Φ]20 mm×2 500 mm螺紋鋼，拱部間排距為1 100 mm×900 mm，巷幫間排距分別為800 mm×1800 mm、600 mm×1800 mm;拱部用[Φ]21.8 mm×6 150 mm錨索，排距為900 mm，全斷面鋪設(shè)金屬網(wǎng)。

2 輔助運(yùn)輸巷現(xiàn)有支護(hù)分析

采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)時(shí)，梅花井232206工作面輔助運(yùn)輸巷發(fā)生巷道形變量大、難支護(hù)的現(xiàn)象。結(jié)合232206工作面輔助運(yùn)輸巷地質(zhì)資料及現(xiàn)場掘進(jìn)情況，下面分析具體原因。

2.1 構(gòu)造應(yīng)力影響

232206工作面輔助運(yùn)輸巷南側(cè)有同巷道走向一致的DF1正斷層，受斷層影響，工作面掘進(jìn)過程中局部范圍內(nèi)煤巖層裂隙發(fā)育明顯。同時(shí)，巷道受背斜、向斜影響，煤巖層裂隙發(fā)育。巷道周邊圍巖構(gòu)造應(yīng)力集中明顯，從而導(dǎo)致圍巖變形量增加。

2.2 圍巖裂隙發(fā)育且頂板含水

工作面沿掘進(jìn)方向距頂板含水層的間距為0.00～11.29 m，且大部分范圍內(nèi)煤層距含水層的間距小于5 m，掘進(jìn)期間，頂板淋水情況明顯。巷道頂板淋水弱化了不穩(wěn)定的底板巖體，并在地應(yīng)力的作用下加劇了巷道的底鼓現(xiàn)象發(fā)生[1]。

2.3 支護(hù)形式及參數(shù)不適合此種地層條件

輔助運(yùn)輸巷采用錨、網(wǎng)、索和鋼帶聯(lián)合支護(hù)。錨索過長會(huì)溝通上覆含水層，增加巷道淋水，同時(shí)會(huì)軟化圍巖;錨索過短則會(huì)降低圍巖支護(hù)強(qiáng)度，在受斷層及背斜、向斜地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力的影響下，不足以承受巷道所受應(yīng)力，造成巷道過大變形[2-3]。

梅花井232206工作面輔助運(yùn)輸巷掘進(jìn)過程中采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)，巷道形變量大，掘進(jìn)進(jìn)度慢，巷道返修量大?？紤]到232206輔助運(yùn)輸巷為回采巷道，服務(wù)年限短，現(xiàn)方案設(shè)計(jì)采用錨桿條帶砌碹支護(hù)。

3 柔?；炷翖l帶砌碹支護(hù)設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，礦井常用的砌碹支護(hù)方式包括有條帶砌碹、連續(xù)砌碹等，其具體示意圖如圖1所示。條帶砌碹不連續(xù)，可減少砌碹支護(hù)量和支護(hù)成本。條帶砌碹常用于服務(wù)年限短的松軟圍巖巷道;連續(xù)砌碹則多用于服務(wù)年限長的松軟巷道。

3.1 混凝土碹體支護(hù)厚度計(jì)算

根據(jù)巷道所處的地質(zhì)條件、深度和結(jié)構(gòu)特征等因素，依據(jù)厚壁筒理論及《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70—2004），計(jì)算支護(hù)厚度[4-6]。垂直均布壓力可通過式（1）進(jìn)行計(jì)算。

將相關(guān)參數(shù)值帶入式（2），經(jīng)計(jì)算，得到[h]=127 mm。為確保安全，柔模條帶碹體厚度設(shè)為200 mm。

3.2 錨桿支護(hù)段及條帶砌碹支護(hù)參數(shù)

232206工作面輔助運(yùn)輸巷錨桿支護(hù)段（普通段）與砌碹支護(hù)段交替布置，其中，錨桿支護(hù)段、砌碹支護(hù)段寬度分別為800 mm和1 600 mm。具體交替支護(hù)示意圖如圖2所示。

3.2.1 錨桿支護(hù)段支護(hù)參數(shù)。錨桿支護(hù)方面，巷道拱部、幫部使用[Φ]20 mm×2 500 mm的螺紋鋼錨桿，間排距為800 mm×800 mm，巷道斷面每排布置11根錨桿，兩幫底腳錨桿與巷道巖面成15°角打設(shè)。巷道巖面鋪設(shè)[Φ]6.5 mm圓鋼焊接而成的鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片寬度為800 mm，網(wǎng)孔規(guī)格為150 mm×150 mm。具體支護(hù)設(shè)計(jì)如圖3所示。圖中，數(shù)據(jù)單位均為毫米（mm）。

3.2.2 砌碹支護(hù)參數(shù)。錨桿支護(hù)使用[Φ]20 mm×2 800 mm的螺紋鋼錨桿，間排距為800 mm×800 mm，桿體伸入圍巖2 500 mm，桿體外露300 mm。碹體泵注C30混凝土，碹體厚度為200 mm。巷道巖面鋪設(shè)[Φ]6.5 mm圓鋼焊接而成的鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片寬度為800 mm，網(wǎng)孔規(guī)格為150 mm×150 mm。具體支護(hù)設(shè)計(jì)如圖4所示。圖中，數(shù)據(jù)單位均為毫米（mm）。

3.3 砌碹支護(hù)施工

混凝土砌碹支護(hù)施工的具體流程為：巷道開挖→頂部錨桿施工→巷幫錨桿施工→安裝第一個(gè)托板→架設(shè)柔模→掛金屬網(wǎng)→安裝第二個(gè)托板→混凝土泵注→成巷。砌碹支護(hù)過程涉及的材料類型及作用如表1所示。

4 應(yīng)用效果分析

4.1 圍巖變形監(jiān)測分析

在巷道內(nèi)布置測點(diǎn)，并通過GYW300（YHW300）圍巖移動(dòng)傳感器監(jiān)測圍巖變形。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，條帶砌碹支護(hù)段巷道錨桿和錨索受力均勻，圍巖變形量最大為12 mm，圍巖變形量處在允許范圍內(nèi)。232206工作面輔助運(yùn)輸巷采用條帶砌碹支護(hù)，可滿足巷道使用需要。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

232206工作面輔助運(yùn)輸巷剩余掘進(jìn)長度為750 m，按普通錨網(wǎng)索段與錨碹段間隔800 mm交替支護(hù)，普通錨網(wǎng)索段為250 m，砌碹段為500 m。經(jīng)計(jì)算，工作面輔助運(yùn)輸巷剩余段巷道采用條帶碹支護(hù)的綜合成本為345.81萬元。

梅花井232206工作面輔助運(yùn)輸巷若采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)巷道，則存在巷道變形量大、巷道需要返修問題。據(jù)了解，巷道掘進(jìn)費(fèi)用為5 232元/m，巷道返修費(fèi)用為3 000元/m，則每米掘進(jìn)成本為8 232元/m，按巷道長度750 m計(jì)算，巷道綜合成本為617.4萬元。

綜上，梅花井232206工作面輔助運(yùn)輸巷采用條帶碹支護(hù)，可節(jié)約巷道支護(hù)成本271.59萬元。

5 結(jié)論

232206工作面輔助運(yùn)輸巷目前采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)方式，在構(gòu)造應(yīng)力、圍巖破碎及淋水、支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)不合理等因素作用下，圍巖變形量較大，支護(hù)體系不能滿足巷道使用需要。根據(jù)巷道服役時(shí)間和圍巖控制需要，本研究提出使用條帶砌碹支護(hù)方式控制圍巖變形。根據(jù)巷道所處的地質(zhì)條件、深度和結(jié)構(gòu)特征等因素，采用理論計(jì)算方法確定砌碹厚度，確定砌碹厚度為200 mm;根據(jù)巷道條件，對錨桿支護(hù)段、砌碹支護(hù)段圍巖支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場應(yīng)用后，條帶砌碹段巷道圍巖變形量可以控制在12 mm以內(nèi)，圍巖變形量整體較小，后續(xù)基本不需要進(jìn)行修整。

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