二次錨網(wǎng)噴+錨索復(fù)合支護技術(shù)在礦井主排水泵房大斷面硐室的應(yīng)用

劉建林，陳加更

(陜西華電榆橫煤電有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000)

二次錨網(wǎng)噴+錨索復(fù)合支護技術(shù)在礦井主排水泵房大斷面硐室的應(yīng)用

劉建林，陳加更

(陜西華電榆橫煤電有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000)

小紀(jì)汗煤礦井下主排水泵房原設(shè)計支護方案施工工序復(fù)雜、施工工期較長、工程造價較高，嚴(yán)重影響礦井建井工期和投資回收。對井下主排水泵房、水倉支護工藝進行設(shè)計優(yōu)化，在滿足規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，提出了二次錨網(wǎng)噴+錨索復(fù)合支護技術(shù)。礦壓監(jiān)測結(jié)果顯示：該支護方案滿足了硐室支護要求，保證了錨桿和錨索支護的支護質(zhì)量，形成了適合小紀(jì)汗煤礦水泵房大斷面復(fù)雜巷道的支護系統(tǒng)，有效控制了硐室圍巖變形與破壞。

大斷面硐室；二次錨網(wǎng)噴；錨索；支護方案

0 引言

小紀(jì)汗煤礦井下主排水泵房原設(shè)計掘進高度為8 920 mm，掘進寬度為6 040 mm，斷面設(shè)計較大，采用錨網(wǎng)噴+鋼筋混凝土砌碹復(fù)合支護方案。永久混凝土砌碹支護工序較復(fù)雜，工期較長，工程投資較大；同時，巷道設(shè)計高度較高，混凝土砌碹上料比較困難，砌碹接頂支護難度較大。為此，小紀(jì)汗煤礦對井下主排水泵房、水倉支護工藝進行設(shè)計優(yōu)化，在滿足規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，提出了水泵房大斷面采用二次錨網(wǎng)噴支護方式：錨網(wǎng)噴一次支護防止圍巖分化，積極控制巷道頂板圍巖，二次支護再次加強支護[1]。

1 硐室頂板巖性條件及錨網(wǎng)噴適應(yīng)性分析

硐室位置煤層平均厚度為2.3 m，硐室底板處于煤層底部，根據(jù)水泵房附近SK1610f鉆孔可知：煤層頂板直接頂巖性為淺灰色厚層狀泥巖，水平層理比較發(fā)育，與下層明顯接觸，巖石質(zhì)量指標(biāo)(RQD)為50.0%；老頂主要為淺灰色中粒長石砂巖，分選性中等，孔隙式泥質(zhì)膠結(jié)，RQD大于81.1%，巖層厚度大于10 m，巖層穩(wěn)定性較好。根據(jù)實際揭露情況，主排水泵房圍巖下部為2煤，2煤以下為細粒砂巖，上部主要為中粒砂巖，中間夾泥巖層。硐室頂板置于煤層老頂巖層，頂板結(jié)構(gòu)完整，巖石穩(wěn)定性較好。巷道頂板無淋水現(xiàn)象，能夠保證硐室頂板支護完成后不會出現(xiàn)滴水，支護表面不會出現(xiàn)濕漬和水珠等。從硐室頂板巖性特征、巖體結(jié)構(gòu)面特征、巖石完整性、巖石抗壓強度等方面分析，水泵房適合錨網(wǎng)支護，并幫、頂部采用錨索加強支護；同時，為防止后期受采動影響而造成導(dǎo)通含水層，進一步導(dǎo)致硐室頂板淋水，噴漿材料中增加防水劑。

2 巷道支護具體方案

2.1 硐室一次錨網(wǎng)噴支護方案

硐室一次支護采用?20.0 mm×2 400 mm型左旋無縱筋螺紋錨桿，配合使用高強度螺母、調(diào)心墊。錨桿采用150 mm×150 mm×10 mm拱形高強度托盤，錨固方式為加長錨固，錨固長度為1 300 mm，采用K2335和Z2360錨固劑各1支。錨桿間排距為800 mm×800 mm，錨桿采用扭矩倍增器預(yù)緊，預(yù)緊力矩為400 N·m。金屬網(wǎng)采用?6.5mm的Q235鋼筋制作，網(wǎng)格尺寸為120 mm×120 mm，金屬網(wǎng)在安裝錨固時裝好。錨索采用?17.8 mm×6 300 mm的鋼絞線制作，錨索錨固力應(yīng)不低于200 kN，每根錨索選用5卷MSZ28/35型樹脂藥卷，托盤用300 mm×300 mm×16 mm拱形高強托盤，錨索間距為2 000 mm，排距為3 200 mm。巷道幫部煤層段錨索布置間距為800 mm，煤層上部砂巖錨索布置間距為2 700 mm。巷道頂板、幫部每排布置5根錨索，混凝土初次噴射厚度為100 mm，混凝土強度等級為C20。

2.2 硐室二次錨網(wǎng)噴支護方案

硐室二次加強支護采用錨網(wǎng)噴支護，錨桿采用?18.0 mm×2 100 mm右旋螺紋鋼筋制作，托板采用Q235鋼制作的150 mm×150 mm×8 mm拱形托盤，錨桿間距為1 600 mm，排距為2 000 mm，錨桿錨固力不低于50 kN；每根錨桿使用MSZ28/35型樹脂藥卷3卷；金屬網(wǎng)采用?6.5 mm的Q235鋼筋制作，網(wǎng)格尺寸為150 mm×150 mm。混凝土二次噴射厚度為100 mm，總計噴射厚度為200 mm，混凝土強度等級為C20。

3 巷道支護工藝

(1)巷道支護工藝流程：掘進→處理活矸出渣→鋪金屬網(wǎng)→臨時支護→安裝錨桿→停止攪拌并等待1 min左右→用扭矩倍增器擰螺母→錨索支護→噴漿→噴漿養(yǎng)護→二次補強掛網(wǎng)→補強錨桿安裝→停止攪拌并等待1 min左右→用扭矩倍增器擰錨桿→噴漿→噴漿成巷。

(2)錨桿施工工藝流程：錨桿機打孔→壓風(fēng)清孔→鉆孔內(nèi)裝入樹脂藥卷→鉆孔內(nèi)裝入錨桿→充分?jǐn)嚢铇渲幘怼却? min→托盤安裝→用扭矩倍增器擰螺母→施工其他錨桿。

(3)錨索施工工藝流程：錨桿機打孔→壓風(fēng)清孔→鉆孔內(nèi)裝入樹脂藥卷→鉆孔內(nèi)裝入鋼絞線→充分?jǐn)嚢铇渲幘怼却? min→托盤安裝→用氣動錨索張緊機具張緊錨索→施工其他錨索。

4 礦壓監(jiān)測方案

4.1 巷道表面位移觀測

巷道表面位移觀測采用表面位移監(jiān)測斷面的方式，在硐室全斷面范圍內(nèi)的頂?shù)住⒌装寮皟蓭椭胁看怪狈较虼蚩撞贾媚緲叮緲侗仨毠潭ɡ慰浚粫S巷道變形而發(fā)生位移，然后在木樁端頭釘上測釘，以方便測量。檢測斷面沿巷道軸向間隔1.0 m均勻布置。主要通過A，B點之間拉線繩和C，D點之間拉線繩進行數(shù)據(jù)觀測，分別測定AB，CD，OA，OB，OC，OD的距離(如圖1所示)。每天觀測1次距掘進工作面10 m之內(nèi)的數(shù)據(jù)，其他地點測量周期為每周1～2次。

圖1 巷道表面位移觀測斷面

4.2 頂板離層儀監(jiān)測

頂板離層監(jiān)測選用雙基點頂板離層儀：深部基點設(shè)置在錨索端頭，測試深度為6 000 mm；淺部基點設(shè)置在錨桿端頭，測試深度為2 350 mm。

4.3 錨桿、錨索受力監(jiān)測

錨桿、錨索受力監(jiān)測分別采用MC-500B，MC-500A型測力計實現(xiàn)在線監(jiān)測，在整個泵房硐室內(nèi)頂板布置3個MC-500A錨索測力計和8個MC-500B錨索測力計。

5 礦壓監(jiān)測結(jié)果分析

5.1 錨桿受力監(jiān)測

錨桿的預(yù)緊力為40～70 kN，隨著掘進的推進，錨桿受力逐漸增加，頂錨桿受力穩(wěn)定在70～90 kN，幫錨桿受力穩(wěn)定在50 kN左右。頂錨桿受力為錨桿屈服極限的50%～67%。通過錨桿受力監(jiān)測，得出錨桿受力監(jiān)測曲線，如圖2所示。

圖2 錨桿受力監(jiān)測曲線

從圖2可以看出：初始預(yù)緊力較大的錨桿，受力變化幅度較小且能較快穩(wěn)定；初始預(yù)緊力較小的錨桿，受力持續(xù)增長，受力變化幅度大，容易出現(xiàn)破斷。

5.2 錨索受力監(jiān)測

由圖3所示的錨索受力監(jiān)測曲線可以看出，錨索初始張拉力離散性較小，基本集中在90～120 kN，與設(shè)計要求的250～300 kN有一定的差距，究其原因主要為：(1)錨索張拉過程中存在一定的理論損失；(2)張拉機具、索具間不匹配性；(3)錨索張拉機具的張拉功率偏低。隨著圍巖的變形，錨索的工作阻力維持在120～170 kN且逐步平穩(wěn)，說明錨索對巷道圍巖起到了很好的約束作用，保證了圍巖的完整性，充分發(fā)揮了圍巖的自承載能力。

圖3 錨索受力監(jiān)測曲線

5.3 巷道表面位移

從圖4所示的巷道圍巖表面位移曲線可以看出：硐室左幫部巷道移近量穩(wěn)定在10 mm左右，右?guī)筒肯锏酪平孔畲鬄?6 mm，頂板下沉量穩(wěn)定在3 mm，巷道底鼓量為19 mm左右。由此可見，巷道移近量主要表現(xiàn)為底鼓量。考慮到移近量檢測誤差的影響，支護后巷道圍巖未受到明顯影響，無明顯變形，圍巖變形得到有效控制，支護效果較好。

圖4 巷道圍巖表面位移曲線

5.4 巷道頂板離層

從圖5所示的頂板離層監(jiān)測曲線可以看出：觀測點處巷道淺部基點檢測離層值為1.8 mm左右，深部基點檢測離層值為2.0 mm左右，總離層值為4.0 mm左右。由此可以看出，二次錨網(wǎng)支護技術(shù)能夠有效控制硐室變形及頂板巖層離層，硐室支護穩(wěn)定可靠。

5.5 支護效果分析

采用高強錨桿、高強度螺母、調(diào)心墊等新材料和扭矩倍增器，同時采用二次錨網(wǎng)噴支護技術(shù)，巷道變形量較小，頂板、兩幫變形量只有16 mm左右，頂板總離層值不超過4 mm。可見，使用高預(yù)緊力錨桿錨索支護系統(tǒng)及配套新材料能夠有效地控制巷道變形，避免了圍巖變形過大帶來的噴漿開裂現(xiàn)象，支護效果良好。

圖5 頂板離層監(jiān)測曲線

6 結(jié)論

針對小紀(jì)汗煤礦特殊的煤層裂隙發(fā)育地質(zhì)條件，主排水泵房大斷面硐室采用以高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力擴散為核心的支護理論，二次錨網(wǎng)噴+錨索復(fù)合支護技術(shù)采用新型錨桿支護材料，配套護表構(gòu)件，滿足了硐室支護要求；采用扭矩倍增器和液壓錨索張拉機具等新設(shè)備，保證了錨桿和錨索支護的支護質(zhì)量，形成了適合小紀(jì)汗煤礦水泵房大斷面復(fù)雜巷道的支護系統(tǒng)，有效控制了硐室圍巖變形與破壞。此支護方案與混凝土砌碹方案相比，工期可縮短約2個月。

[1]馮志棠.建筑工程深基坑開挖與支護施工工藝研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2014(11):80-81.

(本文責(zé)編：劉芳)

劉建林(1984—)，男，陜西榆林人，工程師，從事礦井通風(fēng)、采掘管理方面的工作(E-mail:xkliujianlin@126.com)。

TD 353

B

1674-1951(2017)11-0030-03

2017-09-11；

2017-10-16