千米深井“錨架充”高強復合支護技術

張尚斌，李 帥，王素軍

（1.國家開發銀行股份有限公司 寧夏分行，寧夏 銀川750001；2.國投新集能源股份有限公司 口孜東礦，安徽 阜陽236153）

1 概述

口孜東礦井口標高＋27m，該礦第一水平標高－967 m，由于礦井開采深度大，地應力高，巷道支護困難，嚴重制約安全生產。為探索有效的支護方式，在－967m西翼軌道大巷試用深井高強度復合支護形式，全面移植德國“錨架充”支護技術，巷道掘進后先進行“一次錨網索噴支護＋滯后套棚”支護，然后使用德國奧科機械有限公司物料輸送系統對壁后進行充填。該巷主要在泥巖及砂質泥巖中掘進，局部巷道圍巖松軟破碎，承載能力較小，巷道正常涌水量0～5.0m3／h。

2 巷道支護參數

西翼軌道大巷錨架充支護斷面設計為斜墻圓弧拱形斷面，錨網索噴斷面拱基處凈寬6980mm，墻腳凈寬7330 mm，凈高5475mm，凈斷面積33.27m2，設計噴厚70mm；套棚斷面拱基處凈寬6m，墻角凈寬6350mm，凈高4990 mm，斷面積26.39m2，墻高2m。巷道斷面見圖1。

3 支護材料

1）MG500高強錨桿，150mm×150mm×12mm錨桿托盤，Φ6mm鋼筋焊制錨網（網孔100mm×100mm），Φ21.8mm×6.2m鋼絞線錨索，每根錨索配一塊300mm×300mm×14mm托盤與一塊150mm×150mm×14 mm托盤，錨桿和錨索均使用4卷錨固劑。

2）噴射混凝土配比為水：P.C32.5水泥∶黃砂∶碎石子（5～10mm）＝0.45∶1∶2∶2。

3）U型棚采用36U型鋼加工，棚距（中－中）650mm。

4）U型棚后鋪設雙層Φ6mm×1000mm×2000mm錨網，兩層錨網相互錯開，并用12＃鐵絲綁扎。

圖1 －967m西翼軌道大巷巷道斷面圖

5）拉條設7道，梁中、棚腿拱基線下200mm、棚腿向上1m處各一道，拉條要成直線；卡纜設3副，卡纜間距（中－中）250mm。

6）架棚時每2棚為一組，不挖腿窩，使用20＃槽鋼鋪底，每節槽鋼長900mm。

7）塑料布必須阻燃、防靜電、滲水、抗壓。其規格為寬1.7m，長15m，從兩端向正中卷成卷，施工時從棚頂向兩側鋪開。

8）隔斷管可用塑料布加工成圓筒狀（直徑350mm），長度為15m，兩端扎緊，并在正中開一直徑為200mm圓孔。

9）充填物料配料主要成分：水泥、爐渣、河砂，物料顆粒直徑篩分比例見表1。

表1 物料顆粒直徑篩分比例

4 支護工藝

1）錨網采用雙層網支護。

2）噴射混凝土時速凝劑必須隨噴隨加，噴射混凝土采用濕噴，噴漿厚度不小于70mm。

3）壁后充填采用物料輸送系統使干料通過工作面，站采用奧科公司的末端移動式工作面設備把混合料加入水后攪拌成混凝土，通過混凝土泵輸送至迎頭對壁后進行充填。

4）每架設30棚，即在第30棚上放一隔斷管。施工時通過混凝土泵先將隔斷管充滿，然后再對此30棚進行充填。施工中發現隔斷管效果較差且施工困難時，改為用編織袋裝滿黃砂進行隔斷。充填窗可考慮在棚頂及兩肩窩各布置一個，具體視現場而定。

5 支護參數與質量要求

1）錨桿抗拔力不小于120kN，錨索預應力不小于160 kN。

2）套棚支護棚間拉桿必須齊全有效，直線布置，位置準確，U型棚棚腿明暗一致，梁腿結合嚴密。

3）錨桿間排距800mm×800mm，錨索間排距為1.2 m×1.6m，錨桿孔深度2460mm，允許偏差為0～＋40 mm；錨索孔深度6m，允許偏差為0～＋100mm。

4）錨桿、錨索垂直巷壁，錨桿允許偏差≤15°，錨索允許偏差≤2°；錨桿露出螺母10～40mm，錨索露出鎖具長度為150～250mm。

5）套棚棚梁與棚腿搭接長度為700mm，螺絲緊固可靠，支架卡纜螺栓扭距為300N·m，允許偏差≤5%。

6）棚距為650mm，支架前傾后仰偏差±0.5°。

7）拱部錨桿支護必須支護到拱基處，幫部裸露超過1.5m必須及時進行支護，圍巖穩定時，幫部錨桿支護距迎頭不超過6排，圍巖條件差時，幫部錨桿支護緊跟迎頭，幫部最下一排錨桿距底板不超過300mm。

8）掘進時復噴滯后迎頭不超過10m且迎頭預留3排進行循環間錨網壓茬。

9）填充材料凝固時間與強度要求見表2。

表2 填充材料凝固時間與強度

6 物料輸送系統

物料輸送系統由奧科公司根據口孜東礦礦井實際情況設計制造，分為地面站、中轉站、工作面站、管路及控制系統五部分。該系統使用壓風作為輸送充填材料的動力，充填料輸送到工作面站后在工作面站加水拌合后進行充填。

7 巷道表面位移數據分析

為觀測西翼軌道大巷U型棚壁后充填段U型棚上因圍巖內部來壓產生位移變化的情況，在該段巷道內共安設了17組位移觀測點，17組位移點中最長觀測時間為345天，最短觀測時間為171天，各測點所收集數據匯總整理見表3。

表3 西翼軌道大巷U形棚＋壁后充填巷幫位移統計報 單位／mm（括號內數據為負值）

根據表3，巷道內17組位移點累計日均兩幫移近量為0.04～0.23mm／d，平均0.12mm／d；累計日均頂板下沉量范圍為－0.05～0.11mm／d，平均0mm／d；累計日均底臌量范圍為0.07～0.48mm／d，平均0.24mm／d。各位移點相互之間兩幫日均位移變化量差量比較小，說明U型棚壁后充填支護整體性比較強，受壓比較均勻。同時17組位移點中，由于U型棚受到擠壓有8組位移觀測點的頂板下沉均為負值（較前段時間14個有所減少），說明U型棚大部分頂部都因受到兩幫擠壓呈現出微弱上升。

8 結語

1）自動物料輸送系統可以實現材料運輸的自動化和全封閉，有效避免了粉塵污染的問題，輸送過程中全程無人值守，實現了高效簡便和快速充填，拌料均勻有利于提高混凝土質量，施工安全可靠，還降低了副井的提升壓力。

2）“錨架充”高強復合支護一次支護及時對巷道圍巖進行封閉，二次支護采用套棚提高了巷道的支護強度，最后通過充填使支護與圍巖形成一個整體，圍巖壓力比較均勻的施加在巷道支護上，避免了巷道支護受力不均的問題，保證了整體支護強度，對巷道壓力較大以及來壓周期較長的巷道能夠起到非常好的支護效果。雖然該支護方式工藝較為復雜，單價較高，但綜合考慮，在礦壓大、服務年限長的巷道中采用該支護方式具有一定的推廣價值。