高強度復合支護技術在礦井中的推廣應用

摘要：分析研究中馬村礦27采區的27軌道下山，29、39采區的29軌道下山、39軌道下山，受采動影響及變形嚴重的原因，提出了采用復合支護方案，采用錨網（索）噴與架環形U36型鋼棚以及壁后注漿復合支護形式。一次支護采用錨網（索）噴支護，待圍巖基本穩定后再進行架環形U36型鋼棚，最后進行壁后注漿和澆筑混凝土。該支護形式能有效控制松動圈的擴大，增強了巷道圍巖的穩定性。掘進或者擴修后巷道收斂變形得到了有效控制，支護效果良好。

關鍵詞：巖巷擴修 復合支護技術 推廣應用

1 概況

中馬村礦興建于1955年，礦井為單（東）翼開采，東大巷全長近6300m，運輸大巷位于-160m水平，擔負全礦井的運煤、運料、運人等，同時兼負一水平排水。礦井主要進回風巷道及采區上下山布置在巖層中，巖性主要為砂巖、粉砂巖。礦井運輸大巷、回風巷、采區上下山、采區區段運輸巷道主要以砌硂、料石、錨網、工鋼等支護，原支護形式單一，強度低，受礦壓和采動影響，巷道失修變形嚴重。27、39采區開采強度大，受礦壓和采動影響，27軌道下山、29軌道下山、39軌道下山巷道壓力大，且出現了大幅度的變形，對安全生產造成了重大的威脅。原來這幾條巷道都是錨網噴支護，支護形式單一，強度低，前期也進行了修理，支護形式仍為錨網噴支護，擴修后被壓壞的情況屢有發生，甚至形成了惡性循環。因此施工單位決定采用該復合支護技術來扭轉這一被動的狀況。

2 復合支護技術理論及技術關鍵

噴射混凝土與棚架聯合形成可兼作止漿層的鋼構混凝土襯砌，巷道表面和錨桿托盤之間的受力狀態及密貼性可通過鋼構混凝土襯砌得到改善。注漿能夠使圍巖固結，修復損傷；預應力錨桿、錨索和全斷面注漿補強加固起永久支護的作用，這樣能從根本上控制巷道圍巖的穩定性；預應力錨桿、錨索支護能使圍巖的應力狀態有好的改善，同時增強圍巖的作用；底角注漿和兩幫下部的幫腳錨桿共同作用，以阻止底角剪應力集中區的剪切滑移，同時能加固剪應力集中區的圍巖，通過底角注漿使剪應力集中區破裂損傷的圍巖得以固結修復；環形U型鋼起到抵抗底板中央區拉伸破壞的作用；底板澆筑混凝土使底板中央拉伸破壞區破裂損傷的圍巖得以固結修復，共同作用控制底鼓變形。

受礦壓和采動影響，加上這三條巷道原來均為錨網噴支護，結合巷道修復與掘進過程不同的支護環境，所采用的修復支護原則為：錨網（索）+浮噴、架環形U型鋼棚、壁厚注漿這三者結合復合支護技術。前期支護未將錨網和底板支護措施落實，針對這一現狀，巷修過程重點在底板支護和幫頂高強預應力錨桿擴大圍巖承載圈，以及深孔補注等永久性支護措施上。

3 復合支護技術及分析（以39軌道下山為例）

3.1 復合支護設計方案

3.1.1 首先采用錨網（索）噴支護一次性支護，預留變形量150-200mm，然后架環形U36型鋼，底拱部分采用澆筑混凝土進行加固，底板以上要用矸石進行充填，待充填好后進行噴漿封閉，最后全斷面進行注漿加固。

3.1.2 支護技術參數及要求

①錨網（索）噴支護。錨桿采用高強度阻尼錨桿，規格Ф20×2400mm，全斷面布置15根錨桿，頂部每排打7根，兩幫各打4根，每根錨桿使用2卷中速錨固劑（MZ2850）；錨桿間排距800×800mm，誤差為±100mm；錨孔深度為2350mm，誤差為0-+50mm；錨桿安裝牢固，托盤緊貼巖壁，錨桿扭矩不小于200N·m；錨桿錨固力不小于170kN；錨桿角度≥75°（與設計角偏差±3°）；錨桿外露長度露出螺母20-50mm；巷道每排共布置7根錨索，頂部三根錨索規格為Ф18.9mm×7300mm，幫部各兩根錨索規格為Ф18.9mm×4300mm，每根錨索使用3根中速錨固劑（MZ2350）；托盤由里向外依次為長300mm的16#槽鋼、木墊板、鋼墊板，鋼墊板規格200×100×16mm，木墊板規格200×100×50mm。

②架棚支護。每架U36型鋼支架由4節組成，每節之間搭接長度500mm，誤差0-30mm；每節搭接部位間隙不得超過10mm；支架搭接段用3個標準雙槽卡纜固定，并用鋼板連接，棚腿兩側腰線部位及底拱中心部位分別用一個標準單槽卡纜固定，并用鋼板連接，螺栓要用風動扳手固定牢靠，螺栓規格為Ф32mm，扭矩力不小于200N.m；U鋼支架允許最大收縮量為200mm；棚距（中—中）550mm，誤差±50mm，棚向要正，前傾后仰誤差為±0.5度，支架扭矩不大于80mm。

③噴射混凝土支護要求。按要求設計鋼筋的規格、質量，水泥材料和外加劑的選定也必須符合施工要求；將鋼筋網的網格牢固壓接或焊接，盡量將漏焊或開焊點控制在應焊點的2%以內；噴射混凝土配比水泥：機制砂=1：3，外加3-5%速凝劑，噴砼強度不低于C15；噴射混凝土厚度必須符合設計要求。

④注漿要求。壁后注漿：注漿管采用Ф25mm鋼管加工制作；注漿管長度1500mm，注漿孔深度2400mm；間排距4000×2000mm；注漿管外露長度100mm，注漿管垂直砼壁；注漿液采用單液水泥漿，水灰比為1：0.8～1：1，水泥采用新鮮的32.5#普通硅酸水泥，終孔壓力不小于1.8～2.0MPa。穩壓時間不小于30min，根據實際情況，壓力可適當調整。

附（見下圖）：

3.2 復合支護技術施工關鍵

①在錨網、索噴進行一次支護時，錨桿、錨索必須根根合格，并且必須要預留150-200mm的變形量；

②安裝U型支架的過程中，注意卡牢U型棚卡纜，然后用三根金屬拉桿將所架支架聯成一個整體；

③頂幫注漿的過程中，注意控制噴射時間和噴射厚度，注漿要密實；

④必須對底板進行有效加固，先清理底板至實底，然后澆筑混凝土地坪。

3.3 復合支護設計效果分析

這次礦壓觀測是觀測復合支護巷道的變形情況。巷道兩幫收斂、頂板下沉、底鼓量是重點觀測內容。在每個監測斷面的拱頂、兩腰、底板中間各設置1個測點。

礦壓觀測結論：從第70天起，變形曲線增長速率趨于平緩，巷道前期底鼓量較大，遠大于拱頂下沉，巷道的支護體系開始發揮作用后，巷道進入變形穩定期。

4 結論

39軌道下山采用復合支護，一次支護采用支護及時且能密貼圍巖的錨網（噴）支護形式。該支護形式能夠在圍巖變形過程中及時產生支護阻力，進而對變形情況進行有效的控制。待圍巖相對穩定后實施二次支護（也就是架棚支護），這樣使錨網噴與圍巖形成的組合拱提供一個經留變形空間，從而改善了U型鋼支護體的受力狀態，提高了支護體的承載能力，使U鋼支護的強度能充分發揮作用，最后壁后注漿能有效控制松動圈的擴大，改善了巷道圍巖的穩定性和施工環境。同時降低了礦井通風阻力，優化通風系統，保證生產地區集中合理配風，為中馬村礦安全生產奠定堅實基礎。

參考文獻：

[1]蔡殿華，谷海峰.復合支護在軟巖巷道中的實踐[J].內蒙古煤炭經濟，2001（05）.

[2]張付立.復合支護技術在深水平破碎巖層中的應用[J].價值工程，2013（27）.

[3]王兆君.潘一東礦深井軟巖馬頭門復合支護新技術[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2010（02）.

作者簡介：王焦虎（1974-），男，河南輝縣人，1997年1月參加工作，本科學歷，助理工程師，主要從事煤礦安全技術管理工作。