聯合支護大斷面交叉點在新安煤礦的應用

韓志強

(河南大有能源股份有限公司新安煤礦，河南新安 471842)

新安煤礦水文地質類型屬復雜型。自集團公司推行“大斷面巷道施工”政策以來，一直引用、探索大斷面巷道支護技術。

1 概況

新安煤礦16采區開采二1煤層，煤層傾角7°～12°，為一走向北東、傾向為南東的平緩單斜構造，標高在+150 m～－50 m之間，煤厚0.26 m～3.92 m，平均2.37 m，服務年限19.5年。16采區二1煤層偽底為炭質泥巖，局部發育不穩定;直接底為泥巖或粉砂巖，平均厚度3.4 m;老底為硅質泥巖。據鉆孔資料知該交叉點附近二1煤層向下分別為砂質泥巖、泥巖、硅質泥巖和灰巖。16運輸大巷沿二1煤層走向布置，底板標高 +36.241 m，直墻半圓拱，凈寬5.3 m，直墻高1.35 m，凈斷面積18.18 m2，錨網噴支護，頂板法線距離二1煤層底板14.2 m。16采區上山下部車場與16運輸大巷成75°夾角(工程平面圖見圖1)，采用直墻半圓拱，凈寬5 m，直墻高1.7 m，凈斷面積18.31 m2。此交叉點最大跨度10.2 m，最大高度6 m，僅采用錨網噴支護將無法長期、有效地控制頂板，在一號交叉點成功試用錨桿+錨索+鋼筋網+噴漿支護技術。

圖1 16下部車場交叉點平面圖

2 設計理論依據

常用的錨桿支護作用原理有以下幾種:1)懸吊作用;2)組合梁作用;3)錨桿楔固作用;4)擠壓加固拱作用。其中，懸吊理論是最早的錨桿支護理論，有直觀、易懂及使用方便等特點，應用比較廣泛。懸吊作用是指用錨桿將軟弱的直接頂板吊掛于其上的堅固老頂上或者是用錨桿將因巷道開挖而引起松動的巖塊連接在松動區外的完整堅固巖體上，使松動巖塊不致冒落［1］。

3 錨桿支護參數

按照懸吊理論設計錨桿支護參數［1］:

1)錨桿長度:L=L1+L2+L3=0.15 m+1.5 m+0.4 m=2.05 m。

其中，L為錨桿長度，m;L1為錨桿外露長度，采用鋼筋樹脂錨桿和端頭錨固，一般取0.15 m，端錨錨桿L1=墊板厚度+螺母厚度+(0.03～0.05);L2為錨桿的有效長度，即圍巖松動圈的范圍。采用光面爆破，通過經驗得知一般取1.5 m;L3為錨桿錨固段長度。即錨桿錨入堅硬巖石的長度，一般L3=0.3 m～0.4 m，由拉拔力實驗確定。當圍巖松軟時，L3還要加大，取較大值0.4 m。

根據工程類比法，取錨桿長度L=2.5 m，滿足要求。

2)錨桿錨固力與桿體直徑。根據工程類比法參照新安煤礦16區運輸大巷資料，錨桿錨固力現場實測取值64 kN/根。根據錨桿錨固力與桿體承載力等強度原則，則錨桿直徑可由下式［2］得出:

其中，d為錨桿直徑，mm;Q為錨桿錨固力，由拉拔試驗確定，kN;σt為桿體材料的抗拉強度，經試驗該處取值489.5 MPa;根據工程類比法，取錨桿直徑d=20 mm，滿足要求。

3)錨桿間排距。根據每根錨桿懸吊的巖石重量確定，即錨桿懸吊的巖石重量等于錨桿的錨固力。通常按等距排列，即a=S1=Sc。

其中，Sc，S1分別為錨桿間、排距，mm;K為錨桿安全系數，一般取K=1.5～2;γ為巖石體積力，kN/m3;根據工程類比法考慮一定的富裕系數，取錨桿間排距a=0.7 m，滿足要求。

4 錨索支護的必要性

由于該交叉點跨度大，施工用樹脂錨桿規格為φ20 mm× 2 500 mm，局部只錨固在灰巖中，錨固效果不佳。單純的依靠錨桿+鋼筋網+噴漿支護無法長期、穩定地控制頂板，在此設計小孔徑預應力錨索加強支護是非常必要的。

5 支護方案

采用錨桿+鋼筋網+噴漿聯合支護。錨桿采用φ20 mm× 2 500 mm螺紋鋼筋樹脂錨桿，矩形布置，間排距700 mm×700 mm;每孔內裝CK2350型樹脂藥卷2卷，端頭錨固;Ф6 mm鋼筋網，規格1 500 mm×1 500 mm，網格100 mm×100 mm，網間搭接100 mm;噴混凝土強度C20，噴厚120 mm。

噴漿后打設錨索。錨索采用φ17.8 mm×8 000 mm鋼絞線錨索，五花狀布置，間排距2 000 mm×2 000 mm，外露長度300 mm;每孔內裝CK2350型樹脂藥卷5卷，端頭錨固;錨索托梁采用12號舊工鋼加工，長350 mm。

6 施工工藝及方法

施工工藝:打眼、放炮→坑木臨時支護→打頂部錨桿、掛網、張拉→打幫部錨桿、掛網、張拉→噴漿→打頂部錨索、張拉。

錨桿安裝:打眼前，先按照由外向里、先下后上的順序檢查并鑿掉活矸危巖。定眼位，采用YT-28型風鉆和MQT系列氣動錨桿鉆機按錨桿長度打眼。安裝前，處理干凈孔內積水、巖粉，之后把2卷藥卷送入眼底，將錨桿插入眼內準確位置并攪拌均勻。凝固30 s后，掛網、上托盤、擰上螺帽。10 min后擰緊螺帽給錨桿加一定預緊力，擰緊力矩不小于100 N·m，托盤緊貼巖面。

噴射混凝土:采用42.5普通硅酸鹽水泥∶中粗砂∶米石=1∶2∶2 (重量比)。水灰比0.4，速凝劑摻入量為水泥重量的1.5%。采用干式噴射法。先用高壓風、水清洗掉粉塵，再把料篩選按配比干拌，同時加入規定的速凝劑經輸料管在噴頭處與水混合后噴射。先墻后拱，自上而下。初噴30 mm～50 mm，復噴滯后窩頭20 m。

錨索安裝:采用錨索鉆機鉆孔，之后將藥卷送入孔內，用鋼絞線將藥卷送入孔底，連接鋼絞線和鉆機并開動鉆機，邊攪拌邊推進，攪拌20 s～30 s，不落鉆機停鉆，等待2 min～3 min，落下鉆機。1 h后安裝托梁、鎖具，使其緊貼頂板，掛上張拉儀張拉直到設計預緊力停止。

7 檢測及效果

巷道支護的質量可以通過很多方面檢測。主要是從錨桿拉拔力和錨桿預緊力、間排距、錨桿角度、外露長度、平整度、錨索拉拔力和預緊力、噴射混凝土厚度和強度等方面檢測。現就以下幾個方面做出總結:

1)錨桿(錨索)拉拔力檢測:主要是采用錨桿拉力計(錨索張拉儀)在施工過程中抽樣做拉拔試驗，達到要求的合格率，個別不合格者在其附近補打錨桿。

2)噴射混凝土強度檢測:采用常用的點荷載試驗法。用混凝土鉆機從噴層中鉆取圓柱體芯樣，在實驗室檢測其點荷載強度，以確定噴層強度。實時調整配比。

8 結語

一年來，該交叉點無脫皮、壓裂、變形現象，為以后在新安礦其他交叉點推廣錨桿+錨索+鋼筋網+噴漿支護技術積累了豐富的現場經驗。

［1］ 東兆星，吳士良.井巷工程［M］.徐州:中國礦業大學出版社，2006:99-100.

［2］ 東兆星，吳士良.井巷工程［M］.徐州:中國礦業大學出版社，2009:11-15.