紅慶梁礦主斜井錨—噴—網(wǎng)—U型鋼聯(lián)合支護研究

彭 偉 李 軍 荊 平 惠永崗 程子厚 王 磊

(1.鄂爾多斯市昊華紅慶梁礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014316；2.北京中煤礦山工程有限公司,北京 100013； 3.煤礦深井建設(shè)技術(shù)國家工程實驗室,北京 100013)

紅慶梁礦主斜井錨—噴—網(wǎng)—U型鋼聯(lián)合支護研究

彭 偉1李 軍1荊 平1惠永崗1程子厚2，3王 磊2,3*

(1.鄂爾多斯市昊華紅慶梁礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014316；
2.北京中煤礦山工程有限公司,北京 100013； 3.煤礦深井建設(shè)技術(shù)國家工程實驗室,北京 100013)

針對紅慶梁煤礦主斜井現(xiàn)有支護體系中存在著支護成本較高、支護效果差、掘進速度慢等問題，在確保巷道安全穩(wěn)定的前提下，將主斜井目前的“錨—網(wǎng)—噴”聯(lián)合支護體系更改為“錨—噴—網(wǎng)—U型鋼支架”聯(lián)合支護體系，并對支護參數(shù)進行了優(yōu)化，在保證巷道穩(wěn)定的前提下，減少了錨桿錨索的數(shù)量，節(jié)約了成本，加快了掘進速度。

巷道，支護，掘進速度，成本

0 引言

紅慶梁煤礦主斜井穿過白堊系志丹群、侏羅系安定組、直羅組和延安組地層，其中安定組含水軟巖層和延安組含水礫巖層為紅慶梁井筒施工工程的技術(shù)難點。本礦區(qū)地層具有富水性強、巖性軟弱、地質(zhì)條件復雜等特點。

主斜井中砂巖、泥巖等軟弱巖層遇水泥化[1，2]，使得錨桿施工困難、錨桿錨固力達不到設(shè)計要求，導致現(xiàn)有的錨網(wǎng)噴+錨索+金屬支架支護體系不能充分與圍巖耦合作用，原有的錨網(wǎng)噴架支護結(jié)構(gòu)失效；延安組含水礫巖層巖石堅硬但巖體破碎，礫巖段巖石破碎、涌水量大將導致主斜井的施工掘進速度慢、原設(shè)計的錨網(wǎng)索噴支護方式，特別是錨桿、索施工困難。此外水動力作用一方面將導致礫巖間充填物的流失，礫巖層內(nèi)形成泄水通道，使得巷道工作面水量越來越大；另一方面，礫巖間充填物或膠結(jié)物的流失，將導致礫巖膠結(jié)性越來越差，引發(fā)礫巖脫落，造成巷道冒頂、片幫等嚴重災(zāi)害，甚至誘發(fā)工程事故[3，4]。

綜上所述，紅慶梁煤礦主斜井穿越巖層為工程軟巖，圍巖等級為Ⅳ級～Ⅴ級。該地區(qū)巷道圍巖單軸抗壓強度低，具有中膨脹性，開挖后松動圈大等特點。綜合以上數(shù)據(jù)分析可確定該地區(qū)軟巖為兼有膨脹性軟巖特點和軟弱破碎型軟巖特點的復合型軟巖。同時主斜井井筒穿越地層涌水量大，造成巷道掘進、支護和排矸的施工困難，而這將不可避免的影響井筒支護效果，延誤施工進度、增加工程投資，甚至誘發(fā)工程事故。

針對這些不足，本文在確保巷道安全穩(wěn)定的前提下，將主斜井目前的“錨—網(wǎng)—噴”聯(lián)合支護體系更改為“錨—噴—網(wǎng)—U型鋼支架”聯(lián)合支護體系，對支護參數(shù)進行優(yōu)化，在保證巷道穩(wěn)定的前提下，減少了錨桿錨索的數(shù)量，節(jié)約了成本，加快了掘進速度。

1 錨桿支護參數(shù)設(shè)計

錨桿長度根據(jù)懸吊理論[5，6]及免壓拱理論[7，8]計算，即：

l=l1+l2+l3。

其中,l1取0.15 m；l2為冒落拱高度h；l3為錨桿的錨固長度，根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況，取l3=0.8 m。

其中，k=1.5；礫巖層段位于沿主斜井長度為1 434.5 m～1 530.5 m，對應(yīng)垂直深度應(yīng)為395.411 m

斜井巷道斷面形狀為三心拱斷面，其拱頂和兩幫毛斷面周長為2.036 5×2+4.252 5=8.325 5m。則拱頂及幫部的錨桿數(shù)目為8.325 5/0.779=10.69，取11根。實際間距為8.325 5/11=0.757m，滿足要求。為施工安全，錨桿的間、排距可取800mm。

Q為錨桿錨固力值，根據(jù)規(guī)范規(guī)定錨桿每延長米錨固力不小于25 kN，依據(jù)錨桿長度2.6 m則錨桿錨固力不小于65 kN，根據(jù)經(jīng)驗取錨固力值Q為100 kN；σt取300 MPa。

2 噴射混凝土

噴射混凝土主要由水泥、砂、石子和速凝劑組成。水泥采用425號普通硅酸鹽水泥，噴射混凝土的配比為：水泥∶砂∶石=1∶2∶2，速凝劑的摻量(占水泥重量)為3%。每立方米混凝土中各種材料的用量見表1。

表1 1 m3噴射混凝土中各種材料的用量

3 金屬網(wǎng)片及現(xiàn)場施工設(shè)計

為保證噴層有較大的柔性和強度，應(yīng)在噴射混凝土層中加設(shè)金屬網(wǎng)。施工采用φ8 mm圓鋼焊接網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為100 mm×100 mm，片網(wǎng)的尺寸為1 000 mm×1 000 mm。錨桿托盤采用150 mm的方形鑄鐵件。U型鋼支架采用25號U型鋼支架。

樹脂錨桿選用樹脂錨固劑，要求錨桿的錨固力在80 kN以上。錨桿安裝完成后，施加預應(yīng)力，其值為初錨固力的80%。錨桿的初錨固力，通過錨桿拉拔計在現(xiàn)場實測得到。

錨—噴—網(wǎng)—U型鋼支架聯(lián)合支護形式示意圖見圖1。支護方案中主要支護技術(shù)參數(shù)為11根樹脂錨桿，間排距800 mm×800 mm，長度L=2 600 mm,直徑φ=22 mm，護棚錨桿6根。

4 結(jié)語

主斜井典型軟弱圍巖段變形收斂監(jiān)測結(jié)果表明：在弱膠結(jié)富水軟巖采用25號U型鋼棚+金屬網(wǎng)片+噴射混凝土的支護方式，在主斜井井筒圍巖收斂變形取得了較好的效果。其中斷面1(340 m)頂?shù)装宓?97 d變形量為29.59 mm，斷面2(350 m)頂?shù)装宓?97 d變形量為33.79 mm。斷面3(360 m)頂?shù)装宓?3 d變形量為3.64 mm，兩幫移近量0.77 mm，穩(wěn)定后變形速率均小于0.1 mm/d。這一支護形式表明在保障井下作業(yè)安全的前提下，一舉破解了巖體破碎、涌水量大導致的主斜井的施工掘進速度慢、原設(shè)計的錨網(wǎng)索噴支護中錨桿、錨索施工困難的問題，減輕了工人勞動強度，提高了勞動效率，累計減少支護投入300多萬元，取得良好經(jīng)濟效益。

[1] 蔡來炳.軟弱圍巖淺埋偏壓連拱隧道力學效應(yīng)研究[D].上海：同濟大學土木工程學院,2008.

[2] 陳超群,陳慶峰,何利輝，等.錨網(wǎng)索支護技術(shù)在軟厚泥巖巷道中的應(yīng)用[J].煤礦安全,2012,43(8):160-163.

[3] 張 和.深井泥巖頂板回采巷道破壞特征及支護設(shè)計[J].煤礦安全,2014(9)：49.

[4] 代小磊,聶衍盛,張廣超，等.軟碎厚泥巖頂板巷道短錨索強力支護技術(shù)[J].煤礦開采,2013(4):65-68.

[5] 王曉磊.復合頂板煤巷錨桿(索)支護參數(shù)優(yōu)化研究[D].鄂爾多斯：內(nèi)蒙古科技大學,2014.

[6] 楊建輝,楊萬斌,武梅良.煤巷板裂結(jié)構(gòu)頂板錨桿設(shè)計方法及應(yīng)用[J].煤炭科學技術(shù),2000,28(10):42-45.

[7] 王博楠.巷道圍巖錨桿支護作用的加固拱理論及應(yīng)用研究[D].西安：西安科技大學,2013.

[8] 朱浮聲,鄭雨天,王泳嘉.全長錨固式錨桿桁架的成拱理論[J].巖石力學與工程學報,1993(3):249-254.

Study on joint support of anchor-spraying-network-U-style steel of main incline shaft of Hongqingliang coal mine

Peng Wei1Li Jun1Jing Ping1Hui Yonggang1Cheng Zihou2,3Wang Lei2,3*

(1.ErdosHaohuaHongqingliangMiningIndustryCo.,Ltd,Erdos014316,China;2.BeijingChinaCoalMineEngineeringCo.,Ltd,Beijing100013,China;3.NationalEngineeringLaborotaryofMineWellConstructionTechnology,Beijing100013,China)

In light of current support system problems of main incline shaft of Hongqingliang coal mine, such as high support cost, poor support effect and slow tunneling speed and so on, in the premise of guaranteeing roadway safety, it transforms current “anchor-network-spraying” joint support system into “anchor-spraying-network-U-style steel” joint support system, and optimizes support parameters. In the premise of ensuring roadway stability, it reduces anchor cable quantity, saves cost and speeds up tunneling speed as well.

roadway, support, tunneling speed, cost

2015-05-29

彭 偉(1966- )，男，高級工程師

1009-6825(2015)22-0068-03

TD355.9

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