運(yùn)輸大巷過老窯影響區(qū)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)實(shí)踐

于宏斌

摘要：針對運(yùn)輸大巷巷道斷面大，穿越采空區(qū)造成施工條件復(fù)雜、施工難度大、安全威脅大等技術(shù)難點(diǎn)，以陳家山煤礦二三新大巷為例，介紹了錨網(wǎng)噴+U型鋼支架+澆注+注漿聯(lián)合支護(hù)方式通過老窯采空區(qū)影響區(qū)域的支護(hù)設(shè)計(jì)和施工工藝。

關(guān)鍵詞：運(yùn)輸大巷；采空區(qū)；聯(lián)合支護(hù)；密集U型鋼支架

1 概況

陳家山煤礦平硐二三新大巷是為替代變形嚴(yán)重的原二三石門間平硐大巷而設(shè)計(jì)施工的一條運(yùn)輸大巷。巷道全長1195m，坡度為+5‰，巷道凈寬5.0m，凈高3.75m，三心拱斷面，掘進(jìn)斷面積21.3㎡，凈斷面積16.9㎡，支護(hù)形式為錨網(wǎng)索+U型鋼支架+澆注聯(lián)合支護(hù)。巷道埋深165-325 m，沿施工方向揭露巖性依次為中粗砂巖、泥巖、4#-2煤、泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖。

巷道掘進(jìn)至610 m煤巷段時(shí)，巷道進(jìn)入老窯采空區(qū)影響區(qū)域，此段煤層自然傾角32°，煤層層理明顯，煤厚15m左右，底煤2.5m，煤層普氏系數(shù)2-3。采空區(qū)影響區(qū)段長20m，巷道頂板距采空區(qū)僅1.5m-5m。掘進(jìn)過程中出現(xiàn)了頂板出水且水溫過高，CH4、CO少量溢出的現(xiàn)象，判斷老窯采空區(qū)賦存積水并且有自燃現(xiàn)象。

2 聯(lián)合支護(hù)技術(shù)原理

針對穿越采空區(qū)造成施工條件復(fù)雜、施工難度大、安全威脅大等技術(shù)難點(diǎn)，確立了“先探后掘、短掘短支、聯(lián)合支護(hù)、及時(shí)封閉、綜合治理”的施工原則。聯(lián)合支護(hù)是首先采用錨網(wǎng)噴一次支護(hù)和初步封閉，再采用密集U型鋼支架（棚距400mm）作為二次支護(hù)，最后加以澆注和注漿進(jìn)行加固和完全封閉，最大限度地發(fā)揮了圍巖的自承能力，實(shí)現(xiàn)支護(hù)一體化、載荷均勻化，達(dá)到了巷道問題和及時(shí)封閉的目的，其原理分析如下：

1）針對巷道壓力大的問題，采用錨網(wǎng)進(jìn)行一次主動支護(hù)，能有效地控制巷道變形和防止頂板事故。初次噴漿及時(shí)封閉采空區(qū)的裂隙，防止向采空區(qū)漏風(fēng)，控制采空區(qū)自燃。

2）密集U型鋼支架是巷道壓力的主要承載結(jié)構(gòu)。松散應(yīng)力集中圍巖體，若采用剛度很大的支護(hù)材料進(jìn)行支護(hù)，將在膨脹壓力作用下導(dǎo)致支護(hù)失敗，若支護(hù)材料剛度過小，巷道變形不能得到有效抑制。

U型鋼可縮性支架是一種廣泛應(yīng)用于礦山巷道的支護(hù)器材，具有較高的初撐力，支護(hù)強(qiáng)度大，當(dāng)圍巖作用于支架上的壓力達(dá)到一定值時(shí)，支架便產(chǎn)生屈服縮動，從而避免了圍巖的壓力大于支架的承載力而導(dǎo)致支架的破壞。采用U型鋼可縮性支架可充分發(fā)揮其均布荷載情況下初撐力大、強(qiáng)度高、柔性可塑的特點(diǎn)。

3）巷道澆筑U型鋼可縮性支架連為一體，使作用在U型鋼支架載荷均勻分布；巷道澆筑完全阻斷了采空區(qū)與外界聯(lián)系，同時(shí)支護(hù)體與水、空氣間的聯(lián)系全部中斷，阻止銹蝕反應(yīng)，保證支護(hù)體系的長期性和穩(wěn)定性，避免水泥注漿滲漏跑漿。

4）巷道壁后水泥注漿，改善圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)，調(diào)動了圍巖的自身承載能力；破碎煤巖體重新膠結(jié)成一體，提高煤巖體的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性；錨桿受力傳遞的可靠性和連續(xù)性得以充分發(fā)揮；覆蓋采空區(qū)自燃區(qū)域，達(dá)到防滅火效果；填充導(dǎo)水裂隙，防止采空區(qū)積水對支護(hù)件的破壞。

綜上所述錨網(wǎng)梁支護(hù)配合U型鋼可縮型支架、噴漿和巷道壁后注漿，使巷道支護(hù)體可以形成一個(gè)多層有效組合拱，即噴網(wǎng)組合拱、U型支架支護(hù)拱、錨桿壓縮區(qū)組合拱及漿液擴(kuò)散加固拱。多層組合拱結(jié)構(gòu)擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效承載范圍，提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力，充分加大并利用了圍巖體自身的強(qiáng)度。

3 聯(lián)合支護(hù)施工

施工工序?yàn)樘椒潘蜻M(jìn)→錨網(wǎng)鎖支護(hù)→初噴→安裝支架→澆筑→注漿，循環(huán)進(jìn)尺0.4m。錨網(wǎng)和U型鋼支架支護(hù)如圖1所示。

3.1 錨網(wǎng)噴支護(hù)

1）錨桿采用?20mm×2250mm螺紋鋼錨桿，間排距為800mm×800mm，使用兩節(jié)K2335型樹脂錨固劑固定，錨固長度700 mm，錨桿外露長度不得大于50 mm；網(wǎng)采用?6mm冷拔絲金屬網(wǎng)，網(wǎng)規(guī)格1000×2000mm，網(wǎng)格100mm×100mm。

2）噴漿混凝土配比為1：2：2，水泥為425#普通硅酸鹽水泥，石子粒度為5 mm，速凝劑摻量為水泥質(zhì)量的2%-3%，噴漿的厚度不得小于70 mm。

3.2 架設(shè)U型鋼支護(hù)

U型棚材質(zhì)選用U29型鋼，該棚分為3個(gè)部分，底寬5300mm，腰寬5000mm，凈高3750mm。支架搭接長度500mm，搭接段用3道卡纜擰緊，卡纜間距80mm，支架間距400mm，兩架之間用L50角鐵連桿連接，每架3根，兩側(cè)棚腿和頂梁各一根，頂部和兩幫用板皮背實(shí)。

3.3 澆筑

澆注混凝土配比為1：2：2，水泥為425#普通硅酸鹽水泥，石子粒度為20-40 mm，速凝劑摻量為水泥質(zhì)量的2%-3%。采用模板澆筑，模板長度為2m，澆筑厚度為200mm。

3.4注漿

1）注漿孔采用矩形布置，排距為2m，每排4個(gè)孔，孔間距1.5m，孔深5m，孔徑?35mm。注漿材料為425#普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比為（0.8-1）：1。

2）注漿壓力。考慮巷道圍巖滯后注漿加固是在圍巖應(yīng)力場相對穩(wěn)定后對破裂巖體的固結(jié)，注漿壓力主要用于克服漿液在裂隙中的流動阻力，同時(shí)保證實(shí)際有效擴(kuò)散半徑不小于2.0m，因此注漿壓力宜控制在3.0MPa-4.0 MPa，并在施工中調(diào)整。

4 應(yīng)用效果分析

為了考察聯(lián)合支護(hù)效果，觀測支護(hù)后圍巖活動規(guī)律，保證施工質(zhì)量，對巷道變形位移設(shè)三個(gè)觀測點(diǎn)進(jìn)行觀測，經(jīng)過六個(gè)月的觀測，得出如下結(jié)論：

1）密集U型棚支護(hù)有效地控制了巷道變形，聯(lián)合支護(hù)完成1個(gè)月后水平平均移近量為120mm，頂板位移量為30mm，底鼓量為500mm，施工60d后，頂?shù)装寮八轿灰屏口呌诜€(wěn)定，變化很小。

2）巷道兩幫巖體在圍巖應(yīng)力作用下向地板擠壓流動，使底板處于高應(yīng)力場的力學(xué)環(huán)境中，底鼓明顯。

3）巷道斷面整體收縮，沒有出現(xiàn)明顯的局部變形破壞，支護(hù)體處于均勻受力狀態(tài)，充分發(fā)揮了U型支架的支護(hù)性能。

4）巷道變形沒有經(jīng)過明顯的、劇烈的來壓過程，說明支架逐漸產(chǎn)生主動屈服縮動，使支架上的壓力來壓緩和，避免了圍巖的壓力大于支架的承載力而導(dǎo)致支架的破壞。

5 結(jié)論

1）巷道過采空區(qū)的支護(hù)設(shè)計(jì)必須充分考慮采空區(qū)自燃和積水的治理，綜合治理才能有效地保證巷道施工質(zhì)量和安全。

2）密集U型鋼支架支護(hù)，具有更高的初撐力和支護(hù)強(qiáng)度，對于破碎散巖體具有很好的支護(hù)效果。

3）低壓力注漿以滲透注入為主，結(jié)合架后充填可將圍巖壓力均勻作用在U型支架上，提高圍巖強(qiáng)度、改善圍巖狀態(tài)，同時(shí)加強(qiáng)了錨網(wǎng)支護(hù)的整體性和協(xié)調(diào)性。

4）聯(lián)合支護(hù)技術(shù)可以將錨網(wǎng)噴、U型支架和澆筑注漿加固技術(shù)有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮了錨網(wǎng)的主動支護(hù)，U型鋼可縮性支架配合壁后水泥注漿充分提高了圍巖強(qiáng)度和錨網(wǎng)支護(hù)整體性能。聯(lián)合支護(hù)技術(shù)研究的應(yīng)用，較好地解決了運(yùn)輸大巷過采空區(qū)的支護(hù)難題，為今后巷道過采空區(qū)及松散破碎巖體的支護(hù)做出了有意義的探索。