淺談綜合支護在豐龍礦井的應用

廖四查

（豐龍礦業有限責任公司，江西豐城331131）

豐龍公司－800m水平710采區回風石門，在斷層帶或軟巖中掘出的巷道時間不久就變形嚴重，斷面急劇縮小，為有效控制巷道變形，改變原有的支護設計，改用了“金屬網、U型鋼拱支架、噴砼、注漿和錨索”綜合支護，效果很好。

1 －800m水平710采區回風石門概況

1）工程地質

－800m水平710采區回風石門掘進中遇斷層，斷層帶為小塊茅口灰巖、含炭泥巖、泥巖的混合體，巖層產狀混亂，節理裂隙發育，埋深為840m（地面標高＋40m），是較為典型的高應力膨脹型軟巖巷道。－800m水平710采區回風石門所穿過的含炭泥巖中蒙脫石的含量達到30%左右。

2）巷道斷面及支護

原設計支護形式為：采用“錨網噴＋U29組合鋼支架＋錨索”聯合支護。

2 巷道變形原因分析

目前巷道支護為U29型鋼加鋼筋網及背幫材料，然后噴射厚度為30～50mm的砼。從已掘成巷中看到，大約掘出一周左右，巷道幫頂噴層即開裂，巷道變形成Ω形狀。而且變形呈現出逐漸加快的趨勢。因此，現行的支護方案難以維護巷道的穩定。

由于該巷道埋深大，處于軟弱含炭泥巖當中，給巷道維護帶來了很大的困難。經現場調研和分析認為原支護方案存在以下問題：

1）－800m水平710采區回風石門所穿過的含炭泥巖中含高達30%的蒙脫石。由于蒙脫石的存在，圍巖遇水后極易軟化、泥化，并產生強烈膨脹變形，嚴重影響巷道的穩定。

2）軟弱圍巖段支護采用“錨網噴＋U29組合鋼支架＋錨索”聯合支護。由于U29組合鋼支架和噴砼都屬于剛性支護，當巷道產生大變形時，大部分應力都作用于支護結構上，當應力超過一定程度時，鋼支架和噴砼變形嚴重并破壞，甚至使整個巷道失穩。

3）－800m水平710采區回風石門采用的“錨網＋錨索”聯合支護，錨桿采用Φ20mm×2000mm，錨索采用Φ15.24mm×7000mm。從高應力的角度來考慮，此種支護形式的強度是不夠的。

4）該支護方案未考慮圍巖自承能力，既沒有強調一次支護強度，又沒有強調提高圍巖整體性和強度，從而使巷道圍巖在松動圈之內不能形成承載能力高、整體性好的“內、外承載結構”。

3 支護方案

針對－800m水平710采區回風石門圍巖變形特點，對整個斷面采用“金屬網、U型鋼拱支架、噴砼、注漿和錨索”的綜合支護方式。初次支護為初噴、金屬網、U29型鋼拱形支架，二次支護為噴射砼、注漿、錨索和鎖腿錨桿梁，三次強化支護為組合錨索支護（需要時采用）。

1）初噴、金屬網參數

巷道開挖后應及時進行初次噴射砼，初噴層厚度為50 mm，砼強度不小于C20。全斷面掛金屬網和鋼筋梯子梁，金屬網鋼筋為Ф6.5mm，網格100mm×100mm，每塊為1000 mm×600mm；金屬網搭接處必須有錨桿加鋼筋梯子梁將其上緊并緊貼巖面，網間搭接長度不少于100mm（見圖1）。

圖1 U型鋼聯合支護（初次支護）

2）U型鋼支架

采用U29型鋼支架，排距600mm。

每一架U型鋼支架在腰線以下位置采用搭接式卡纜進行鎖腿，形成巷幫連續約束。

對U型鋼支架進行鎖腿，主要有以下兩種作用：

（1）可起到部分類似架間拉桿作用，將支架沿走向連接起來，增強支架的整體性和走向穩定性。

（2）將棚腿固定到較穩定圍巖內，從而使其生根牢固，增加其抗側壓的能力，可有效抑制巷幫內移。

3）噴射砼

待圍巖變形一定時間（10～15d），或變形速度下降明顯時噴射砼，砼厚150mm，砼強度C25。

4）注漿

注漿孔長度為5m，其中頂拱、幫部注漿孔的間排距為2400mm×2400mm，底板注漿孔的間排距為2200mm×2400mm。

5）錨索支護參數

兩幫和拱頂的錨索采用Ф17.8mm，1×9的鋼絞線制作，錨索長度8300mm，間、排距為1600mm×1200mm，底板錨索長度5000mm，間、排距為2000mm×1200mm。

底板錨索采用4.4m長的槽鋼連接起來，將2根錨索形成一個整體。底角錨索與水平方向成45°角布置。

錨索端部錨固，錨固長度為2500mm。每根錨索使用5卷K2350型樹脂錨固劑，預緊力不低于100kN。錨索墊板采用2塊鋼墊板疊加，其規格分別為350mm×350mm×10mm和150mm×150mm×10mm的正方形墊板，大墊板在上，小墊板在下（見圖2）。

圖2 斷面錨索支護

6）組合錨索支護參數

拱頂的組合注漿錨索每組由3根Φ17.8mm×12000 mm的錨索編織而成，間排距為4800mm×4800mm，每排2根。底板的組合注漿錨索每組由3根Φ17.8mm×6000mm的錨索編織而成，間排距為3000mm×4800mm，每排2根。

組合注漿錨索分為錨固段、自由段和張拉段，整束錨索由鋼絞線、導向帽、塑料套管、支撐架，排氣管組合而成，錨索盤采用25號槽鋼配合20mm鋼板使用。注漿錨索進行張拉，預緊力不低于120kN。

4 支護效果

4.1 巷道表面位移觀測

（1）觀測目的：了解巷道頂底和兩幫的相對變形量及斷面的縮小程度，從而判斷巷道圍巖的穩定性。

（2）觀測內容：頂底板、兩幫相對移近量。

（3）測站設置：所有巷道均每隔20m布置1個測站，每個測站2個測面，在每個斷面的頂、底板和兩幫的中部各布置1個測點。

（4）觀測方法：用測槍或測桿進行量測。

4.2 頂板離層監測

（1）觀測目的：判斷頂板錨固區內、外圍巖的穩定性以及錨桿或錨索的支護參數合理性。

（2）觀測內容：錨固區內、外頂板的離層值。

（3）測站設置：每隔50m在頂板中部安設一個離層指示儀。

（4）觀測方法：直接讀取數據。

測量結果數據表明，頂板最大下沉量為168mm，而底板鼓起量為170mm，兩幫分別為160mm和160mm，支護效果很好（見圖3）。

圖3 施工效果

5 結語

軟巖巷道圍巖變形破壞是分階段的，軟巖巷道變形力學機制較為復雜，單一的支護形式難以適應巷道圍巖的動態變形特征，因而應采取分步聯合加固技術，使巷道圍巖的變形破壞動態過程處于受控狀態，采用巷道全斷面支護，可避免巷道圍巖局部產生應力集中和部分破壞，保證巷道及支護結構的整體穩定。