錨噴網與支架支護技術在破碎巖層巷道中的應用

陳路強

摘 要：傳統單一工字鋼棚在動壓破碎巖層巷道支護中并不能取得良好的圍巖控制效果。文章結合紅炭山礦業有限責任公司牛欄山煤礦+80運輸大巷的地質特點，分析了破碎巖層及動壓中施工巷道的礦壓顯現特點，并就原單一工字鋼棚支架支護進行改進，提出工字鋼棚與錨噴網支護后的聯合支護方案，取得良好的支護效果，值得相關煤礦巷道支護設計借鑒。

關鍵詞：破碎巖層；錨噴網與支架支護；機理；支護效果

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）17-0045-02

1 工程概況

牛欄山井田境內褶曲與斷層極為發育，礦體整體呈一背斜狀態，傾角向南東傾伏。背斜兩翼被眾多小褶曲與斷層所切割，次生構造極度發育，大中套小、小中見微、形態各異，斜歪的、倒轉的并存。實驗巷道為牛欄山煤礦201采區+80運輸大巷，巷道圍巖巖性為細砂巖、粗粉砂巖夾砂巖、局部有不規則煤線，構造為一向南方向傾斜的單斜構造，局部存在小褶曲。受F6斷層影響，該巷道圍巖破碎。巷道在掘進過程中，受圍巖破碎、易風化脫層及受采動動壓影響會產生巷道變形，在單獨采用工字鋼棚支護過程中，出現了較為嚴重的巷道變形現象，影響到了礦井正常生產。

2 動壓破碎帶巷道破壞特點與支護機理

2.1 動壓破碎帶巷道破壞特點

所謂的動壓或者動壓力，通常指的是在礦山資源開采過程中形成的集中應力，如工作面超前集中應力、煤柱疊加應力等。而動壓巷道指的是受采動集中應力影響的巷道，其最主要特點就是受采動影響嚴重。受采動壓力的影響，動壓巷道附近原有的圍巖應力平衡狀態被打破，需經過一定時間的應力釋放后才能再次達到平衡。動壓巷道在這種應力平衡到打破再到平衡的過程中會出現嚴重的圍巖變形，如不能及時有效地對圍巖進行控制，巷道圍巖就會出現冒頂、片幫、底鼓等礦壓顯現，嚴重時甚至發生沖擊破壞現象。受采動應力與原巖應力疊加的影響，動壓巷道附近應力高度集中，傳統的單一支護方式很難維持圍巖穩定。鑒于此種情況，工程設計實驗了錨噴網與工字鋼棚支架聯合支護方案，取得了良好支護效果。

2.2 動壓破碎帶巷道支護

巷道發生破壞的根本原因在于支護或支護所形成的承載結構的支護強度低于圍巖應力，致使圍巖出現頂板下沉、兩幫變形與底板鼓起。對于動壓破碎巷道穩定產生影響的因素主要有三個方面，即巷道圍巖強度、圍巖應力值及分布狀況、支護承載能力。因此，動壓巷道控制重點在于這三方面進行：

①提高圍巖自身承載能力，巷道上覆巖層重量以及圍巖變形所造成的壓力，大多由圍巖結構自行承擔，而由巷道支護體所承擔的載荷較少，而巷道支護的目的旨在控制圍巖變形，保證圍巖體的承載能力，因此對于巷道支護設計應充分發揮圍巖的自承能力。

②轉移圍巖應力，改善圍巖應力分布條件，對動壓巷道圍巖受力分析可知，巷道附近存在明顯的應力集中現象。為維持巷道圍巖穩定性，回采巷道布置與支護中應采取措施降低或轉移圍巖高應力，改善圍巖應力分布狀況。

③改善支護參數，支護參數選擇的不合理性易造成支護效果達不到預期要求，產生劇烈的圍巖變形現象。

動壓破碎巷道支護中應用較多的支護方式為工字鋼棚支架或錨網支護，以錨網支護為例，支護參數的優化改善內容主要包括錨桿預緊力、直徑、長度、安裝角度以及間排距等，此外，與錨網支護相關的鋼筋梯子梁、托盤、樹脂藥卷等亦對錨網支護參數有著明顯的影響。而有時往往某一單一支護方式并不能取得良好的圍巖控制效果，在對支護承載力這一參數設計時，需要聯合采取兩種及以上的支護方式。

3 錨噴網與支架聯合支護

對巷道圍巖實施錨網噴與工字鋼棚聯合支護的方式能夠起到有效控制圍巖穩定性的作用，錨網噴與工字鋼棚支護形成聯合的承載結構，共同維持圍巖的穩定。

錨噴網支護形成內承載結構，起到加固巷道圍巖、封閉圍巖表層和防止圍巖垮落的作用，并且錨桿支護擁有一定的柔性，能夠通過變形釋放部分為彈性能。

工字鋼棚支護能夠為錨桿支護提供更多的徑向應力，形成一個內承載結構，并且工字鋼棚和錨桿支護之間可知墊加模板、礦用背板等裝置，起到柔性過度的作用，通過自身變形來吸收一定圍巖壓力，降低圍巖對工字鋼鵬的壓力損害。

工字鋼棚與錨網噴聯合支護形成一個連續的承載結構，錨網噴加固圍巖維持圍巖穩定，充分發揮圍巖的自身承載能力；工字鋼棚提供支撐力確保錨網噴的支護效果，二者協同支護，保證良好的支護效果。

4 工程支護效果分析

對實施工字鋼棚與錨噴網的聯合支護后的實驗巷道進行圍巖表面收斂監測，為期90 d。

4.1 圍巖變形分析

分析巷道變形量可知，在距離掘進工作面0～10 m范圍內，巷道圍巖變形量逐漸增加，基本上成一定比例正相關關系；掘進工作面10 m之后，工作面變形量增長幅度明顯降低，到20 m后變形量不再增加。兩幫與頂底板的變形量基本維持在89 mm與64 mm，且兩幫變形量始終大于頂底板移近量。巷道在整個掘進掘進過程中未出現片幫、碹體脫落現象情況。

4.2 變形速率分析

對兩幫及頂板板變形速率進行分析得到，兩幫變形速率與頂底板速率變化曲線基本保持一致，變形速率曲線峰值出現在距掘進工作面后方5 m處，兩幫與頂底板變形速率峰值分別為7 mm/d與4 mm/d。20 m之后變形速率基本保持一水平，符合圍巖變形量曲線。

綜上分析可知，巷道整體變形量較小，均在安全變形允許范圍之內，掘進工作面后20 m之后，變形量與變形速率均保持在一穩定狀態。回采巷道變形穩定后的斷面尺寸達到巷道使用條件，表明巷道支護效果良好。

5 結 語

①工字鋼棚支架與錨網噴支護加固能夠形成一個連續的承載結構，錨網噴支護加固圍巖形成內承載結構；工字鋼棚形成外承載結構，提供支撐力確保內承載結構的支護穩定性。

②錨噴網與支架聯合支護施工應嚴格按照施工規范進行，執行并落實支護技術措施。

③牛欄山煤礦201采區+80運輸大巷采用工字鋼棚支架與錨網噴聯合支護后，巷道圍巖變形較小，未出現片幫、碹體脫落現象。

工程實踐證明，錨噴網與支架支護技術在破碎巖層巷道中的應用具有推廣價值，它能在保證圍巖支護施工安全前提下，降低工人勞動強度，保證支護效果。

參考文獻：

[1] 金宇松，宋遠兵，黎文斐，等.錨噴網支護技術在青菜沖礦軟巖巷道的應用[J].中國高新技術企業，2009，（20）.

[2] 王維東.錨噴網支護技術在破碎巖層及動壓巷道中的應用[J].中國高新技術企業，2013，（12）.

[3] 劉偉峰.錨噴網支護技術在破碎巖層及動壓巷道中的應用[J].中國科技投資，2012，（26）.

[4] 李巖松.錨噴網支護技術在加固動壓巷道中應用[J].安全與健康，2004，（21）.