二次支護在軟巖巷道中的應用

顏亞民，李士東

（山東裕隆礦業集團有限公司單家村煤礦，山東 濟寧273100）

1 礦井基本情況

山東裕隆礦業集團有限公司單家村煤礦設計生產能力21萬t，1990年10月礦井正式投產，2006年對礦井生產系統進行了改造，并改進生產工藝，采用了綜合機械化放頂煤新工藝。于2008年批準核定生產能力為81萬t／a。

該礦井屬低瓦斯礦井，礦井相對涌出量為0.43m3／T，絕對涌出量為0.64m3／min，無高瓦斯區，煤塵爆炸指數為39.6%，具有強爆炸性，煤層自然發火傾向為自然類。

礦井為一對立井開拓，主井裝備一對4.2t箕斗，提煤兼回風；副井裝備一對雙層2車（1t礦車）罐籠，擔負礦井輔助提升任務兼進風。

采煤方法為走向長壁綜采放頂煤開采，全垮落法管理頂板。

掘進采用炮掘工藝，開拓與準備巷道一般采用錨網噴支護，回采巷道一般采用錨網索支護。

2 巷道開拓情況

八采區作為礦井的接續采區，八采區的皮帶大巷和軌道大巷為全礦開拓重點，巷道采用錨網索噴支護，錨桿采用Φ18mm×1800mm的無縱筋螺旋鋼筋，間、排距均為800mm，錨固力為8.5T；錨索采用Φ15.24mm×5000mm的規格，中－中1.3m，排拒5m，錨固力28MPa；采用長×寬：3.5m×0.9m的菱形鍍鋅金屬網；噴漿厚度10cm，強度c20。兩條大巷自2009年10月份開拓以來，由于受地質條件的影響，軟巖性質表現非常突出，地應力顯現明顯。該區域圍巖壓力大、穩定性差，造成巷道嚴重變形，采用錨網噴支護方式的巷道在二個月左右的時間里，斷面由原來的11.4m2縮小到5～8m2不等。兩條軟巖巷道的變形主要表現在頂板下沉量較大，兩幫收縮、片幫、底鼓嚴重，墻基礎失腳，噴漿表面開裂，圍巖整體向巷道內膨脹，部分錨索被拉壞。巷道的變形嚴重影響到運輸、通風、行人問題，在修復時也嘗試采用加大錨桿長度和支護密度的辦法，只能暫時減緩巷道的變形速度，但一直未根本解決巷道變形嚴重的問題。因此尋找更合理的支護方式已成為迫在眉睫的事情。

3 圍巖概況

八采區兩條巷道設計均為巖巷，圍巖多為灰及灰白色的泥巖，呈半膠結或松散狀易風化，遇水膨脹；間夾中粗粒砂巖，偶見堅硬的石灰巖，巖石層理不清晰且變化較大。巷道在斷層發育帶內掘進，其中sdf17斷層落差80～240m，sdf17－1斷層落差約40m，在掘進過程中揭露大小不等的斷層有6個，由于該區域地質構造復雜，尤其是斷層的發育，造成巷道支護困難。

4 軟巖破壞機理和錨網噴支護分析

4.1 軟巖的特點

八采巷道圍巖中，巖石的膨脹和崩解主要是松軟巖石所表現的特征。巷道開掘一段時間后，巖石經不同程度風化及底板浸水，圍巖體積增大，圍巖膨脹變形造成支護變形破壞，當圍巖的塑性區大于錨桿的錨固范圍，錨桿相對而言失去作用，此時巖石及上覆巖層的重量大于錨桿錨固及圍巖共同支撐作用而出現巷道的變形。錨固層也隨之出現開裂破壞。相應的引起壓力增大，擠壓巷道，造成巷道破壞變形，同時造成錨索也被拉壞或錨索梁脫落。

綜上所述，采用單獨的錨網索噴支護或加大錨桿密度的方法來控制軟巖支護是不合理的。

在頻繁修復中發現，這種膨脹軟巖底板及巷道底腳是最薄弱環節，巷道破壞都是首先在底板上失穩，造成巷道底腳快速移近，隨即幫和拱失穩。特別當巷道封閉慢及底板有水時，巷道變形表現的尤為突出。

5 軟巖支護工藝

根據本區域地質條件復雜和巷道變形破壞的機理，經過分析決定對該兩條巷道采用二次支護工藝，一次支護方式采用打錨桿掛網噴漿，二次支護進行全斷面槽鋼支護加打錨索并澆灌底板。

5.1 二次支護技術的特點

采用 “二次支護”，一次支護的目的是及時封閉和隔離圍巖，以防止巷道周邊懸露面上個別危石掉落，同時對圍巖初期移動給以一定限制，因此一次支護應在開巷后盡早進行。但是一次支護并不能使 “支架－圍巖”系統達到力學平衡，因此，一次支護后圍巖必然產生一定變形，以便繼續釋放一些能量。等圍巖變形和能量釋放到一定程度后在進行二次支護。二次支護的目的在于促進圍巖進一步趨于平衡，以保證巷道使用期間的穩定性和工作安全。所以二次支護應在初次支護尚未失效、圍巖尚未達到極限允許位移量和圍巖移動速度的合適時間進行[1]。

5.2 支護設計

一次支護同巷道掘進時的正常錨網噴支護，但為了及時封閉巖石，減少巖石的風化時間，放炮后首先對圍巖進行初噴，噴厚30cm。

待巷道發生一定變形，圍巖尚未失穩時，對巷道進行二次支護，二次支護的設計如下：

墻及頂部：①錨噴支架聯合支護，支架為礦加工的槽鋼（不低于14＃）U型支架。②U型架由4部分組成，分別為兩幫、拱部兩段，U型架本身帶有錨桿間排距孔，留孔的作用為穩固U型架并緊貼巖面，加強巖巷內支護。幫部每根長度為1.7m，拱部每段長度為3.05m，接頭處由兩塊長200mm鋼板焊接并采用Φ16mm的螺栓連接、組合、固定。③施工過程中將錨桿鑲嵌在U型架孔內，錨桿使用Φ18mm×2200mm，錨桿間排距為800mm×800mm；藥卷使用2支（K2860或CKA2370）。④錨桿安裝后，錨桿錨固力不低于8.5T，外露長度為30～50mm。⑤錨索支護時，每3m一組，一組共6棵錨索，錨索規格為Φ15.24mm×6000mm，采用圓托盤，規格為：Φ250mm。

底板：①在軌道巷施工中，底板起底為弧形，垂距85cm，底板部分采用不低于14＃槽鋼加工的拱形支架，共分兩段，每段槽鋼支架拱的長度為2.2m，兩段槽鋼支架接頭處由兩塊長20mm鋼板焊接并采用Φ16mm的螺栓連接、組合、固定（拱形支架整體總長度為4.4m）。②拱形支架安裝時，必須與頂板U型支架逐個相對應，并緊跟頂板U型支架施工，確保支架有效、可靠。③拱形支架帶有錨桿孔，孔間距為800mm，支架與支架之間距離為800mm，支架位于一次支護的兩排錨桿之間。④施工過程中將錨桿鑲嵌在拱形支架孔內，錨桿使用Φ18mm×1200mm，錨桿間排距為800mm×800mm；藥卷使用1支（K2860或CKA2370）。兩段槽鋼支架連接處偏兩邊200mm處各打設一棵錨桿，在這兩棵錨桿基礎上按800mm×800mm的間距繼續向兩邊打設錨桿，錨桿數共6棵。底板充填標準。①基礎以下挖空處進行充填澆灌，澆灌混凝土比例為：灰∶石子∶沙子＝1∶2∶2。②充填時，中間不得有空隙造成充填不實，嚴禁出現拌料不均等現象。③充填時，在人行道側將水溝按照規定的標準尺寸進行挖設、澆灌，水溝澆灌后斷面為S凈寬×S凈深：300mm×400mm，確保水溝順直、暢通。水溝中心線偏巷道中心線1.3m。

二次支護效果：為檢驗二次支護的效果，在巷道中共設巷道移近量觀察點10個，每個點都觀測巷道頂底板移近量和兩幫移近量，通過半年多的觀測，巷道移近量大大減少，斷面變化基本控制在15%以內，且隨時間的增加逐漸趨于穩定，說明二次支護的效果是顯著的，方案是可行的。

6 工程技術措施及建議

在二次支護施工中，需要注意以下幾個方面：①在迎頭放炮后，要及時進行初噴，縮短巖石在空氣中的暴露時間，相應減少巖石風化時間；②施工中出現的積水要及時排出，盡量防止水滲入底板，以免巖石膨脹；③巷道兩地腳的支護和封閉是關鍵，施工中，墻上的槽鋼與底板的槽鋼要保持接觸，槽鋼后面要澆灌嚴實；兩墻最下面的錨索打設時向下帶有一定角度；④為合理確定二次支護時間，觀測點安設位置處兩次支護的時間間隔也有所不同，通過觀測點數據的反映，在一次支護后30～40d進行二次支護是較為合理的時間，能夠充分發揮兩次支護的作用。

7 結語

通過實施二次支護巷道的施工工藝，較好的解決了在軟巖中掘進巷道出現的一系列問題。也證明了這種支護方式的可行性，大大減少了巷道返修率，節約了大量成本，為礦井開拓贏得了時間，確保了礦井的正常生產接續。

[1]錢鳴高，劉聽成.礦山壓力及其控制[M].北京：煤炭工業出版社，1991.

[2]童義學.軟巖巷道二次支護技術的應用[J].煤炭科學技術，2004，32（12）：16－18.

[3]左清泉，李長青.極軟巖巷道錨索錨注二次支護技術的探討與實踐[J].能源技術與管理，2006（3）：19－20.

[4]萬援朝.二次支護原理在深井軟巖硐室支護中的實踐[J].煤炭科學技術，2006，34（9）：5－7.

[5]魯巖，柏建彪，鄒喜正.深井軟巖巷道二次支護技術及應用[J].中國煤炭，2007，33（7）：41－43.

[6]楊曉東，張鳳旺，王千里.軟巖大斷面泵房二次支護技術[J].能源技術與管理，2005（4）：41－42.

[7]常慶糧，周華強，李大偉，等.軟巖破碎巷道大剛度二次支護穩定原理[J].采礦與安全工程學報，2007，24（2）：169－173.