＋786 m水平井底車場遇水泥砂化圍巖支護技術

馬 濤

（神華寧夏煤業集團建設工程管理部，寧夏回族自治區銀川市，750011）

＋786 m水平井底車場遇水泥砂化圍巖支護技術

馬 濤

（神華寧夏煤業集團建設工程管理部，寧夏回族自治區銀川市，750011）

根據＋786 m水平井底車場內巷道和硐室圍巖遇水泥砂化性狀，對其進行了物理力學性質試驗、物相成分化驗及錨桿拉拔力檢測，在此基礎上分析了巷道出現變形破壞的原因，并采取了以 “錨帶網索噴”為初始支護、“全封閉的U29型鋼棚＋反底拱”為永久支護，則該支護實施后，確保了車場內巷道和硐室的有效控制。

巷道支護 松軟巖層 錨桿支護 錨索支護 U29型鋼棚支護 注漿

1 概述

清水營煤礦是神華寧夏煤業集團鴛鴦湖礦區一座設計年產8 Mt的大型礦井，采用斜井-副立井水平開拓，其中副立井＋786 m水平井底車場于2009年3月3日開始施工，截止到2010年2月，已施工完成的重車線及環形車場均發生了較為嚴重的變形破壞，出現了拱部下沉、兩幫內擠及嚴重的底臌，致使整個斷面收縮了40%左右。為確保安全，對已施工的重車線及空車線重新擴大斷面，并采用了 “錨帶網索噴＋注漿”支護方案，但該方案實施后不到兩個月，重車線及空車線再次發生了嚴重的變形破壞，這表明該方案仍無法取得有效控制，為此清水營煤礦暫停了＋786 m水平井底車場的掘進。再經分析后，采取了與圍巖性狀和礦壓環境相耦合的支護方案，該方案實施后確保了其有效控制，并為企業創造了較為可觀的技術經濟效益。

2 巷道破壞原因

＋786 m水平井底車場已掘重車線和空車線發生了較為嚴重的變形破壞，根據設計和地質報告，＋786 m水平井底車場埋深達612.8 m，位于二煤底板粗粒砂巖內，該巖層厚度達14.8 m，屬古河道未膠結的砂粒層，遇水及風化后易變成泥砂狀，現場施工時無需放炮，用手鎬便能破巖掘進。為掌握其力學性質及物相成分，經現場取樣后進行了試驗和化驗，粗粒砂巖抗壓強度0.21 MPa，彈性模量140 MPa，內聚力0.03 MPa，內摩擦角7.5°，物相成分化驗伊利石40% ，綠泥石29.3%，石英30.7%。

力學性質及物相成分表明，＋786 m水平井底車場所在的層位即粗粒砂巖抗壓強度極低，意味著圍巖的自穩性和自承能力較差；另外粗粒砂巖內所含的伊利石和綠泥石物相成分達69.3%，遇水或吸濕后具有很強的膨脹性。可見車場內已掘巷道及修復加固后再次發生變形破壞的原因主要為兩點。

（1）巷道原支護設計為錨帶網索噴，其中錨桿規格為?20 mm×2500 mm，屈服承載力達105 k N，使用Z2370型錨固劑2卷，現場在幫部抽取了3根錨桿進行了拉拔力檢測，其結果為12.5 k N、16.3 k N、14.8 k N，平均為14.5 k N，且拔出的錨桿錨固劑表面粘貼著一層砂粒，此現象表明錨固劑與孔壁粘結強度低，致使錨桿自身的支護強度無法得到有效發揮。

（2）對已發生變形破壞的巷道采用了擴大斷面及 “錨網噴索＋注漿”支護方案，但該方案實施后不到1個月時間，巷道再次發生了較為嚴重的變形破壞，分析認為，注漿后漿液在凝固過程中會產生離析，同時圍巖內所含的伊利石和綠泥石吸濕后會產生較大的膨脹變形，致使漿液凝固與圍巖吸濕膨脹同步進行，最后導致了注漿未起到應有的加固作用。

3 支護方案

根據＋786 m水平井底車場內巷道和硐室的圍巖性狀、力學性質、物相成分及變形破壞原因，并考慮到前期 “錨帶網索噴”及 “錨帶網索噴＋注漿”兩個支護方案均無法取得有效控制，在此情況下，經分析后決定采用以 “錨帶網索噴”為初始支護，“全封閉的U29型鋼棚＋反底拱”為永久支護方案。

3.1 支護參數

3.1.1 輔助支護參數

錨桿規格為?20 mm×2500 mm，間排距800 mm×800 mm，使用Z2350樹脂藥卷，用量為2卷／錨桿，施加預緊力矩100 N·m；錨索規格為?17.82 mm×8300 mm，每斷面布置2根，排距2400 mm，使用Z2370樹脂藥卷，用量3卷／錨索，施加預緊力100 k N；鋼帶采用?16 mm鋼筋制作的鋼筋梯；金屬網采用?6.5 mm的鋼筋點焊制作的鋼筋網，網格尺寸為70 mm×70 mm和3000 mm×1000 mm兩種；噴層采用C20混凝土，初噴厚度50 mm。

3.1.2 永久支護參數

（1）全封閉U29型鋼棚，棚距800 mm，棚與棚之間用7道拉桿相互拉結，即幫部各兩根，拱部3根，以確保U29型鋼棚的縱向穩定，防止其發生側向失穩。

（2）金屬網采用?6.5 mm鋼筋點焊制作的鋼筋網，網格尺寸為100 mm×100 mm和3000 mm×1000 mm兩種，主要鋪設在U29型鋼棚的背面，并用12＃鐵絲每隔300 mm與U29型鋼棚綁扎牢固。

（3）復噴采用C20混凝土，噴厚以鋪蓋U29型鋼棚為準。

（4）反底拱采用U29型鋼，并在其上鋪設毛石混凝土，沿巷道方向每鋪設4 m預留0.4 m寬的變形縫，縫內用矸石充填，巷道底面全部用水泥砂漿抹平。

根據以上支護參數，其＋786 m水平車場內巷道和硐室的支護斷面設計如圖1所示。

3.2 支護機理

由于＋786 m水平車場內的巷道和硐室其圍巖屬未膠結的砂粒層，其特點是圍巖自承能力較低，且風化或遇水浸泡后易變成泥砂狀，為此采用了上述以 “錨帶網索噴”為初始支護、“U29型鋼棚＋反底拱”為永久支護的聯合方案。該方案的支護機理主要體現在3個方面。

（1）緊跟掘進頭實施 “錨帶網索噴”，其目的是防止拱部冒頂及兩幫偏幫，確保掘進頭的施工安全。另外，在安裝錨桿索時能給圍巖施加主動抗力，提高了圍巖的自承能力，并為圍巖壓力調整和永久支護留出一定的滯后時間，尤其是緊跟掘進頭及時噴漿封閉，即防止了圍巖風化，又可直觀地觀察到噴層開裂或脫落等現象，以此可決定永久支護的滯后距離或滯后時間，為防止圍巖出現過度變形后再實施永久支護的被動狀況。

（2）永久支護采用全封閉U29型鋼棚，該棚主要由4節組成，安裝時先用卡蘭將拱與腿連接牢固并形成U型鋼棚，該棚在圍巖壓力作用下靠連接處的卡蘭產生摩擦滑動，并對圍巖壓力起到一定的讓壓作用，最后在復噴之前再在卡蘭處施焊并形成剛性連接，從而提高了U型鋼棚的剛度，避免了卡蘭連接處的失穩破壞。

圖1 ＋786 m水平井底車場重車及空車線支護方案

（3）當車場內某單項工程掘進完成后，對底板施工反底拱，反底拱的開挖深度從底板中間往下為巷道寬度的0.13倍并形成弧形狀，然后在弧形底板上鋪設鋼筋網、架設U29型鋼反底拱，則U29型鋼反底拱的兩端與已安裝的U29型鋼棚腿卡在一起并施焊。該U29型鋼反底拱即起到了防止底臌的作用，又可避免U29型鋼棚腿在兩幫圍巖擠壓力作用下發生踢腳失穩。最后再在U29型鋼反底拱上鋪設毛石混凝土，鋪設長度按塊劃分，即沿巷道方向每鋪設4 m預留0.4 m寬的變形縫，且縫內用矸石充填，表面用水泥砂漿抹平；而預留變形縫的目的是給底板留出薄弱環節，以利于底板變形壓力的釋放，防止底板壓力聚集后造成反底拱破壞，即使在預留變形縫處出現了底臌現象，其處理起來也相對較易，不會對巷內的運輸及行人帶來較大的影響。

4 礦壓監測

根據＋786 m水平車場內巷道和硐室所實施的支護方案，為檢驗該方案的實施效果，對其進行了礦壓監測，監測內容主要是圍巖內部位移和表面位移，表面位移監測結果見圖2。

由圖2中可以看出，斷面監測點設置后，從2010年9月2日至12月16日，兩幫累計收斂位移19 mm，頂板下沉11 mm，底臌8 mm，從2010年12月16日至2011年5月16日共5個月未監測到任何變形發生，直接觀察也未發現噴層開裂及金屬網外凸等礦壓現象，由此判斷＋786 m水平井底車場內巷道和硐室已取得了有效控制。可見采用以“錨帶網索噴”作為初始支護，“全封閉的U29型鋼棚＋反底拱”作為永久支護，對強度低、遇水泥砂化且膠結程度差的巷道圍巖是一種有效的支護方式。

圖2 頂底板及兩幫位移變化規律

5 結論

（1）根據＋786 m水平井底車場內巷道和硐室的圍巖性狀，對其進行了力學性質試驗及物相成分化驗，據此分析了巷道出現 變形破壞的原因，并為建立可行性支護方案奠定了基礎。

（2）對于強度低、遇水泥砂化、膠結程度差且含有較高膨脹性成分的巷道圍巖，采用了以 “錨帶網索噴”為初始支護、“全封閉U29型鋼棚＋反底拱”為永久支護，將內部和外部兩種不同的支護方式結合起來，從而確保了＋786 m水平車場內巷道和硐室的有效控制，為類似條件的巷道支護具有一定的指導和借鑒意義。

［1］高俊峰，丁海強.軟巖巷道底臌防治技術 ［J］.煤礦支護，2007 （2）

［2］王德田，胡兆峰.深部軟巖巷道二次支護技術［J］.煤礦支護，2004（2）

［3］喬衛國，呂言新，林登閣.深井厚沖積層軟巖馬頭門穩定性控制技術研究 ［J］.煤炭科學技術，2012（3）

［4］劉玉衛.三軟煤層破碎圍巖巷道鋼-索聯合支護技術研究 ［J］.中國煤炭，2012（2）

［5］劉凱.長環形支架 （U型鋼）耦合加固技術研究與應用 ［J］.中國煤炭，2012（5）

Support technology on mud-sand surrounding rock in presence of water in＋786 m horizontal shaft bottom

Ma Tao
（Construction Project Management Department，Shenhua Ningxia Coal Industry Group，Yinchuan，Ningxia 750011，China）

According to the properties of mud-sand surrounding rock of roadway and chamber in presence of water in＋786m horizontal shaft bottom，the physical mechanical property test，the phase component assay and anchor pullout test are conducted，and based on them，the causes of deformation and failure of the roadway are analyzed，and then the method of“bolt-cable supporting，steel strip，metal mesh strengthening and concrete spraying”is taken as the initial support，and the“fully closed U29type steel shed and inverted arch”as the permanent support.After the scheme is implemented，the effective control of roadway and chamber within the shaft bottom is ensured.

roadway support，soft rock，bolt support，anchor cable support，U29type steel shed support，grouting

TD353

A

馬濤 （1967-），男，寧夏石嘴山人，高級工程師，1989年西安礦業學院機械制造工藝與設備專業畢業，現在神華寧夏煤業集團公司建設工程管理部從事基建礦井管理工作。

（責任編輯 張毅玲）