礦井深部軟巖層巷道支護技術的研究與應用

康來坡　呂品

摘 要：目前在眾多煤礦的深井巷道支護中，錨桿破斷甚至支護體系失效等問題日漸突出。因此，需進一步明確煤礦深部軟巖巷道圍巖變形破壞及支護機理，對支護材料和技術進行改進和創新，提出行之有效的支護對策與方法，最終形成適用的深部軟巖巷道支護體系。

關鍵詞：軟巖巷道；支護技術；研究應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.121

1 工程概況

西翼行人下山位于彭莊煤礦西翼采區，總設計長度共計約1129m（平距），巷道坡度為-7°，該巷道掘進目的是滿足西翼采區生產期間的行人及通風、供風、供排水等要求。

西翼行人下山設計斷面為半圓拱型，凈寬3600mm，凈高3400mm，墻凈高1600mm，荒寬3840mm，荒高3620mm，墻高1700mm，錨網噴聯合支護，噴射混凝土厚度120mm，S掘=11.75m2，S凈=10.85m2，水溝布置在巷道前進方向左幫，凈斷面規格：寬×深=300×300mm。

2 工程地質條件

2.1 地質構造

西翼行人下山掘進區域主要發育有北東向、近南北向和北西向斷層三組。掘進期間需穿越F10、F9、F21支1、F21支2等構造5條，受斷層切割破壞，處于斷層破碎帶的巷道圍巖成不規則的弱面結構，破壞了圍巖的整體性和連續性，降低了圍巖本身的承載強度。

2.2 水文地質

西翼行人下山在3下煤底部掘進，掘進期間受新生界松散含水層、二疊系石盒子組砂巖裂隙含水層、山西組3煤層頂底板砂巖裂隙含水層的影響，巷道正常涌水量為167m3/h，最大用水量為334.28m3/h。

3 軟巖支護要求

根據巖石力學試驗研究，任何巖石在三向應力狀態下的強度高于兩向應力狀態或單向應力狀態下的強度。改善和恢復應力狀態的措施越及時，圍巖破裂擴展的程度越輕，圍巖的完整性保持得越好，變形越小，圍巖越穩定。為實現上述要求，除巷道開挖后及時安裝錨桿外，就是在安裝錨桿時給錨桿施加足夠大的預緊力，由于預緊力的存在，消除了錨桿的初始滑移量，能阻擋圍巖開裂、滑動和弱化，錨固范圍內圍巖得到強化，能進一步阻止錨固范圍外塑性區的擴展。因此，預緊力越大，塑性區的發展越緩慢，范圍越小，圍巖越穩定。

4 西翼行人下山支護方案

4.1 初噴

爆破作業完畢，找掉活矸和達到荒斷面設計后，立即對圍巖進行初噴，初噴厚度為20～40mm，以達到封閉圍巖、找平凹凸面的目的。初噴采用C20混凝土。

4.2 初次錨網梯噴支護

（1）錨桿。①全斷面采用φ20×2300mm高強預應力左旋無縱筋螺紋鋼上絲錨桿（去掉讓壓環）；②錨桿間排距為1000×1000mm；每根錨桿采用2塊MSK2350型樹脂錨固劑錨固；錨桿抗拔力不小于250kN，兩幫底角錨桿呈30°下扎。③錨桿托盤為球形，規格為長×寬×厚=150×150×8mm，高強板材沖制而成。

（2）鋼筋梯：鋼筋梯采用14#鋼筋焊制而成。鋼筋梯垂直于巷道走向布置，間距1000×1000mm，鋼筋梯搭接100mm。

（3）金屬網：采用8#鐵絲編制而成的經緯網，網格尺寸為100×100mm，單片網格規為4800×1200mm，網片搭接100mm，并用雙股14#鐵絲擰緊，扣距300mm。

（4）噴漿：錨網完畢后實施第二次噴漿，厚度為20～30mm，以半覆蓋經緯網為宜。二次噴漿有效保護初次支護的錨桿和金屬網，避免爆破作業對其產生震動卸荷影響。

4.3 二次耦合支護

（1）位置：距離迎頭30～40m的位置。若初次支護段巷道原錨噴皮子出現鱗、片狀剝落現象出現時，觀測巷道錨噴層裂縫寬度達到1～3mm，即進入耦合支護的時間；根據巷道表面位移觀測，各點變形量達到設計余量的60%時，即進入二次耦合支護的時間。

（2）錨桿：采用φ20×2300mm高強預應力左旋無縱筋螺紋鋼上絲錨桿（去掉讓壓環），間排距為1000×1000mm，二次支護錨桿與初次支護的錨桿呈“五花”布置。兩幫底角錨桿呈30°下扎。每根錨桿采用2塊MSK2350型樹脂錨固劑錨固。托板用金屬托板，規格同上。

（3）金屬網：采用6mm冷拔鋼筋焊接而成的經緯網，網格尺寸為100×100mm，單片網規格為2200×1200。網片搭接100mm，并用雙股14#鐵絲擰緊，扣距300mm。

（4）錨索：①錨索選用直徑17.8mm的鋼絞線，長度6m，布置在初次支護兩排錨桿中間，每根錨索采用3塊MSK2350型樹脂錨固劑錨固；②因巷道右側肩窩處變形、破壞較大，所以由巷道中心線為基準不均衡布置：左側布置在距離巷道中心線1.5m處，右側第1根距離巷道中心線1.5m，第2根距離第1根1m處，錨索排距均為2m；③相鄰錨索之間用12#普通工字鋼作為錨索梁。錨索梁長度為2200mm，錨索梁“交錯邁步”前進。

（5）終噴：噴射混凝土材料及配比同上，復噴厚度40～50mm。

（6）底板加固：采用14#槽鋼作為反底拱梁配合普通20×2200mm的螺紋鋼錨桿加固，底板挖空部分用C20混凝土澆筑。

5 效益分析及結論

掘進迎頭實現一次支護后，可進行打眼，同時進行二次耦合支護、噴漿作業。這樣充分的利用了空間，實現了多工序的平行作業，加快了巷道的施工進度，能有效地緩解采掘關系緊張的局面，增加巷道的服務年限，取得了良好的經濟效益。