梅花井礦232206工作面輔助運輸巷條帶砌碹支護研究

孟永華　李立波　史春　黃輝　黃海鵬

摘 要：目前，梅花井232206輔助運輸巷采用錨網(wǎng)索噴支護方式，在地質構造、圍巖淋水等因素影響下，存在巷道圍巖變形量過大、后續(xù)修整維護工作量繁重等問題。為實現(xiàn)圍巖有效控制，本研究將條帶砌碹支護技術應用到巷道圍巖控制中，并通過理論計算方法確定砌碹厚度為200 mm。同時，依據(jù)巷道實際地質條件，對錨桿支護段以及砌碹支護段支護參數(shù)進行設計?，F(xiàn)場應用后，巷道圍巖變形量控制在12 mm以內，取得較好的圍巖控制效果。

關鍵詞：巷道掘進;支護設計;條帶砌碹支護;圍巖控制

中圖分類號：TD353文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）15-0059-03

Abstract： At present， the auxiliary transportation lane of Meihuajing 232206 uses anchor-net-cable-spray support method， under the influence of factors such as geological structure and surrounding rock， there are problems such as excessive deformation of the surrounding rock of the roadway and heavy follow-up repair and maintenance work. In order to achieve effective control of the surrounding rock， the strip-masonry support technology is applied to the control of the surrounding rock of the roadway， and the thickness of the building-masonry is determined to be 200 mm through theoretical calculation methods in this study. At the same time， according to the actual geological conditions of the roadway， the support parameters of the bolt support section and the masonry support section are designed. After the field application， the deformation of the surrounding rock of the roadway is controlled within 12 mm， and a good control effect of the surrounding rock is achieved.

Keywords： roadway excavation;support design;strip-masonry support;surrounding rock control

232206工作面輔助運輸巷設計長度為3 146.7 m，目前正在進行掘進。232206工作面輔助運輸巷沿著22煤層底板掘進，22煤層厚度介于3.09～5.05 m，煤層結構簡單。232206工作面輔助運輸巷南側存在DF1正斷層，巷道頂板有直羅組粗砂巖含水層，巖性以中、粗粒砂巖為主;底板為粗砂巖，泥質膠結、顆粒支撐，富水性較強。巷道現(xiàn)剩余750 m，斷面為直墻半圓拱形，掘進斷面積為21.33 m2，凈斷面積為19.79 m2。

1 工程圍巖支護現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，梅花井232206輔助運輸巷采用錨網(wǎng)索噴支護方式，錨桿為[Φ]20 mm×2 500 mm螺紋鋼，拱部間排距為1 100 mm×900 mm，巷幫間排距分別為800 mm×1800 mm、600 mm×1800 mm;拱部用[Φ]21.8 mm×6 150 mm錨索，排距為900 mm，全斷面鋪設金屬網(wǎng)。

2 輔助運輸巷現(xiàn)有支護分析

采用錨網(wǎng)索噴支護時，梅花井232206工作面輔助運輸巷發(fā)生巷道形變量大、難支護的現(xiàn)象。結合232206工作面輔助運輸巷地質資料及現(xiàn)場掘進情況，下面分析具體原因。

2.1 構造應力影響

232206工作面輔助運輸巷南側有同巷道走向一致的DF1正斷層，受斷層影響，工作面掘進過程中局部范圍內煤巖層裂隙發(fā)育明顯。同時，巷道受背斜、向斜影響，煤巖層裂隙發(fā)育。巷道周邊圍巖構造應力集中明顯，從而導致圍巖變形量增加。

2.2 圍巖裂隙發(fā)育且頂板含水

工作面沿掘進方向距頂板含水層的間距為0.00～11.29 m，且大部分范圍內煤層距含水層的間距小于5 m，掘進期間，頂板淋水情況明顯。巷道頂板淋水弱化了不穩(wěn)定的底板巖體，并在地應力的作用下加劇了巷道的底鼓現(xiàn)象發(fā)生[1]。

2.3 支護形式及參數(shù)不適合此種地層條件

輔助運輸巷采用錨、網(wǎng)、索和鋼帶聯(lián)合支護。錨索過長會溝通上覆含水層，增加巷道淋水，同時會軟化圍巖;錨索過短則會降低圍巖支護強度，在受斷層及背斜、向斜地質構造應力的影響下，不足以承受巷道所受應力，造成巷道過大變形[2-3]。

梅花井232206工作面輔助運輸巷掘進過程中采用錨網(wǎng)索噴支護，巷道形變量大，掘進進度慢，巷道返修量大?？紤]到232206輔助運輸巷為回采巷道，服務年限短，現(xiàn)方案設計采用錨桿條帶砌碹支護。

3 柔?；炷翖l帶砌碹支護設計

現(xiàn)階段，礦井常用的砌碹支護方式包括有條帶砌碹、連續(xù)砌碹等，其具體示意圖如圖1所示。條帶砌碹不連續(xù)，可減少砌碹支護量和支護成本。條帶砌碹常用于服務年限短的松軟圍巖巷道;連續(xù)砌碹則多用于服務年限長的松軟巷道。

3.1 混凝土碹體支護厚度計算

根據(jù)巷道所處的地質條件、深度和結構特征等因素，依據(jù)厚壁筒理論及《公路隧道設計規(guī)范》（JTG D70—2004），計算支護厚度[4-6]。垂直均布壓力可通過式（1）進行計算。

將相關參數(shù)值帶入式（2），經(jīng)計算，得到[h]=127 mm。為確保安全，柔模條帶碹體厚度設為200 mm。

3.2 錨桿支護段及條帶砌碹支護參數(shù)

232206工作面輔助運輸巷錨桿支護段（普通段）與砌碹支護段交替布置，其中，錨桿支護段、砌碹支護段寬度分別為800 mm和1 600 mm。具體交替支護示意圖如圖2所示。

3.2.1 錨桿支護段支護參數(shù)。錨桿支護方面，巷道拱部、幫部使用[Φ]20 mm×2 500 mm的螺紋鋼錨桿，間排距為800 mm×800 mm，巷道斷面每排布置11根錨桿，兩幫底腳錨桿與巷道巖面成15°角打設。巷道巖面鋪設[Φ]6.5 mm圓鋼焊接而成的鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片寬度為800 mm，網(wǎng)孔規(guī)格為150 mm×150 mm。具體支護設計如圖3所示。圖中，數(shù)據(jù)單位均為毫米（mm）。

3.2.2 砌碹支護參數(shù)。錨桿支護使用[Φ]20 mm×2 800 mm的螺紋鋼錨桿，間排距為800 mm×800 mm，桿體伸入圍巖2 500 mm，桿體外露300 mm。碹體泵注C30混凝土，碹體厚度為200 mm。巷道巖面鋪設[Φ]6.5 mm圓鋼焊接而成的鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片寬度為800 mm，網(wǎng)孔規(guī)格為150 mm×150 mm。具體支護設計如圖4所示。圖中，數(shù)據(jù)單位均為毫米（mm）。

3.3 砌碹支護施工

混凝土砌碹支護施工的具體流程為：巷道開挖→頂部錨桿施工→巷幫錨桿施工→安裝第一個托板→架設柔模→掛金屬網(wǎng)→安裝第二個托板→混凝土泵注→成巷。砌碹支護過程涉及的材料類型及作用如表1所示。

4 應用效果分析

4.1 圍巖變形監(jiān)測分析

在巷道內布置測點，并通過GYW300（YHW300）圍巖移動傳感器監(jiān)測圍巖變形。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，條帶砌碹支護段巷道錨桿和錨索受力均勻，圍巖變形量最大為12 mm，圍巖變形量處在允許范圍內。232206工作面輔助運輸巷采用條帶砌碹支護，可滿足巷道使用需要。

4.2 經(jīng)濟效益分析

232206工作面輔助運輸巷剩余掘進長度為750 m，按普通錨網(wǎng)索段與錨碹段間隔800 mm交替支護，普通錨網(wǎng)索段為250 m，砌碹段為500 m。經(jīng)計算，工作面輔助運輸巷剩余段巷道采用條帶碹支護的綜合成本為345.81萬元。

梅花井232206工作面輔助運輸巷若采用錨網(wǎng)索噴支護巷道，則存在巷道變形量大、巷道需要返修問題。據(jù)了解，巷道掘進費用為5 232元/m，巷道返修費用為3 000元/m，則每米掘進成本為8 232元/m，按巷道長度750 m計算，巷道綜合成本為617.4萬元。

綜上，梅花井232206工作面輔助運輸巷采用條帶碹支護，可節(jié)約巷道支護成本271.59萬元。

5 結論

232206工作面輔助運輸巷目前采用錨網(wǎng)索噴支護方式，在構造應力、圍巖破碎及淋水、支護參數(shù)設計不合理等因素作用下，圍巖變形量較大，支護體系不能滿足巷道使用需要。根據(jù)巷道服役時間和圍巖控制需要，本研究提出使用條帶砌碹支護方式控制圍巖變形。根據(jù)巷道所處的地質條件、深度和結構特征等因素，采用理論計算方法確定砌碹厚度，確定砌碹厚度為200 mm;根據(jù)巷道條件，對錨桿支護段、砌碹支護段圍巖支護參數(shù)進行設計?，F(xiàn)場應用后，條帶砌碹段巷道圍巖變形量可以控制在12 mm以內，圍巖變形量整體較小，后續(xù)基本不需要進行修整。

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