深部軟巖巷道噴、棚、錨、注聯合支護技術研究＊

徐 磊 桑普天 王凌燕

（安徽理工大學土木建筑學院，安徽省淮南市，232001）

深部軟巖巷道噴、棚、錨、注聯合支護技術研究＊

徐 磊 桑普天 王凌燕

（安徽理工大學土木建筑學院，安徽省淮南市，232001）

針對淮北青東煤礦104回風大巷、石門圍巖嚴重變形破壞問題，通過現場實測和理論分析研究其破壞機理及控制對策，提出了采用噴、棚、錨、注聯合支護技術進行巷道支護，實現了軟巖巷道一次性支護成功。

軟巖巷道 聯合支護 全封閉U型棚架 注漿

深井軟巖巷道僅依靠錨噴或者錨網噴支護系統難以實現穩定，目前應用較多的是聯合支護形式，但是往往會出現許多問題，因此在松散破碎圍巖條件下，特別是受應力集中動壓巷道，錨噴支護常常只起到臨時支護的作用，因此研究基于錨噴支護的新型聯合支護技術意義深遠。

1 軟巖噴、棚、錨、注聯合支護技術

1.1 聯合支護作用機理

噴、棚、錨、注聯合支護技術主要是采用錨注技術與架設全封閉U型棚架共同作用，以達到加固圍巖，改善圍巖力學性能，控制圍巖變形效果，通過互相的補強作用，實現主、被動支護耦合支護，大大提高支護體系的整體承載能力，其支護機理包括以下幾個方面：

（1）采用全封閉U型棚架與錨桿的結構補償，能夠有效地減輕動壓荷載對巷道圍巖穩定的影響，減小底板附近巖層的擴容、膨脹及彎曲等變形。

（2）噴射混凝土后能夠將全封閉U型棚架與圍巖結合在一起，使圍巖由雙向受力狀態變成三向受力狀態，提高圍巖強度。利用其柔性，使圍巖在約束狀態下緩慢流變，使噴層和圍巖共同變形，相互制約。

（3）采用錨桿支護可以將軟弱巖層或圍巖懸吊于完整堅硬的巖體上，由錨桿承擔其重量，并且形成擠壓加固拱。

（4）錨桿內注漿后更能夠有效地提高支護結構的整體性，改善圍巖巖性和應力分布，一方面通過注漿將全封閉U型棚架與圍巖耦合在一起，實現棚架與圍巖共同承載；另一方面通過注漿提高圍巖本身的穩定性。

2 工程應用

2.1 工程概況

淮北青東煤礦104回風大巷設計長度647.5m，標高在－563～－545m之間，巷道主要布置在8＃煤層和10＃煤層之間，受F11斷層影響，該巷道需穿斷層破碎帶、7＃煤層及8＃煤層施工，受應力集中區動壓影響較大。巷道巖性以泥巖和粉砂巖為主，巷道頂板為粉砂巖和泥巖，巷道底板為細粒砂巖，圍巖條件較差。有的斷面底臌特別嚴重，嚴重地帶高達1m，一般的支護方式不能滿足正常使用要求。為了解決這一問題，決定采用架全封閉U型棚＋滯后錨、注（錨桿支護＋深孔強化注漿）聯合進行支護，以確保巷道的使用安全。

2.2 支護方案

全封閉U型棚＋滯后錨、注（錨桿支護＋深孔強化注漿）工藝流程為初噴—架全封閉U型棚—全斷面實噴—錨桿支護—深孔注漿。

（1）初噴。及時噴射混凝土封閉巷道圍巖，防止圍巖風化潮解，噴層厚度20～30mm，混凝土配比：水泥∶黃砂∶石子＝1∶2∶2。

（2）架全封閉U型棚。104回風大巷U型棚參數見圖1，共7節，U型棚選用材質為16MnK或20MnK的29＃礦用U型鋼支架，巷道凈高3860mm，凈寬4625mm（拱基）。U型棚節與節之間搭接長度500mm，每處搭接位置采用兩副限位卡纜和一副普通卡纜固定，卡纜扭矩不小于300N·m。棚距600mm，采用GB 13788?6mm冷軋帶肋鋼筋電弧焊接，該金屬網的單片規格為長2500mm、寬900mm，網格為100mm×100mm。

圖1 104回風大巷全封閉U型棚支護斷面圖

每棚采用8根GM22／3000－490高強錨桿配合鎖腿卡纜進行鎖腿。每根錨桿采用兩節Z2550樹脂錨固劑加長錨固，下部鎖腿錨桿距底板900mm，上部鎖腿錨桿距下部錨桿1250mm。

（3）全斷面噴漿封閉。U型棚架設好后及時進行實噴，確保U型棚與原錨噴斷面間的空隙噴實，并將U型棚完整封閉；噴射混凝土作業滯后掘進頭10～20m，在50m范圍內完成。

（4）錨桿支護。錨桿選用GM22／3000－490高強錨桿，錨桿間、排距800mm×600mm，每孔采用兩節Z2550中速樹脂藥卷加長錨固，頂部錨桿垂直巖面，底角錨桿帶15°下扎角度施工，最下排貼底板布置，錨桿錨固力不小于80kN，錨桿托盤規格200mm×200mm，厚度10mm。錨桿安裝結束后進行復噴，噴層厚度100mm，防止錨桿暴露空氣中銹蝕。

（5）深孔強化注漿。采用風錘進行鉆孔，每斷面呈6孔布置，排距1800mm，間距2000mm，均勻布置；鉆頭直徑42mm，孔深2.6m；注漿錨桿長2.4m，采用?25mm鋼管制成，鋼管底端砸成扁狀；前端孔徑8mm，后端孔徑4mm；采用空心速凝水泥卷封孔，注漿錨桿封孔深度為0.5 m，見圖2，采用空心速凝水泥卷封孔，注漿壓力控制在2～3MPa。

圖2 104回風大巷注漿錨桿支護布置圖

3 支護效果監測與分析

為了觀測全封閉U型棚＋滯后錨、注（錨桿支護＋深孔強化注漿）支護效果，研究支護參數的合理性，在巷道合理位置布置了測點，對巷道圍巖收斂狀況進行觀測，并對深孔位移進行測試。通過對104回風大巷的連續跟蹤監測，掌握了巷道的變形情況，具體監測數據見圖3和圖4。

從圖3可知，回風大巷巷道收斂量不大，巷道兩幫和頂底的變形也較小，說明現有支護形式已經有效控制了巷道變形，圍巖出現整體協調變形，實現了巷道的穩定控制。由圖4可知，前11d圍巖變形較明顯，收斂速率較高，其最大值為1.4 mm／d，11d后收斂速率很快趨于平緩，并在第45 d時趨于穩定，收斂速率在0.1mm／d。

通過對巷道深孔位移的觀測，得出巷道深孔位移隨時間變化關系如圖5和圖6所示。

圖5 兩幫位移變化圖

從深孔位移來看，根據兩幫和拱頂位移收斂曲線發現拱頂3m處收斂最小，從而圍巖完整性好，拱頂1m處收斂較大，圍巖完整性差，拱頂2m處為過渡線，圍巖離層大多發生在2m內，而2m以外的離層量很小，說明在錨固范圍內，由于全封閉U型棚與圍巖的相互作用，在巷道周邊形成了穩定的支撐壓力拱，有效地抑制了深部圍巖的變形和破壞，抑制了塑性區向深部擴展，另外注漿也加強了圍巖的強度。說明采用該復合支護形式滿足對圍巖的控制要求。

圖6 拱頂位移變化圖

4 結論

（1）與錨噴支護相比，噴、棚、錨、注聯合支護技術能夠更有效地加固圍巖，增強了支護結構的承載能力，減輕了深部圍巖的變形和破壞。噴、棚、錨、注各支護技術相互聯系，共同形成一個耦合體系。

（2）全封閉U型棚架的可縮性和穩定性能適用于軟弱圍巖的地下工程中，減小底板附近巖層的擴容、膨脹及彎曲等變形，安全性能較好，防止了超高冒頂，底臌等地質災害。

（3）工程試驗表明：全封閉U型棚＋滯后錨、注，不僅技術上可行，安全上可靠，經濟上合理，更重要的是為實施深部軟巖巷道失穩治理、確保礦井高效生產提供了新的參考治理措施。

[1] 楊曉東.錨固與注漿技術手冊[M].北京：中國電力出版社，2009

[2] 姜玉松.地下工程施工技術[M].武漢：武漢理工出版社，2008

[3] 李明遠.軟巖巷道錨注支護理論與實踐[M].北京：煤炭工業出版社，2001

[4] 周興旺，程樺，張偉林等.礦山建設工程技術新進展[C].合肥：合肥工業大學出版社，2009

[5] 王紅勝，陳勇，張東升等.大斷面開切眼聯合支護及效果分析[J].中國煤炭，2010（9）

Research on the combined supporting technology
of shotcrete－pergola－bolt－injecting at deep soft rock roadway

Xu Lei，Sang Putian，Wang Lingyan

（School of Civil Engineering and Architecture，Anhui University of Science and Technology，Huainan，Anhui 232001，China）

Aiming at the problem of serious deformation of return airway and Shimen in Qingdong coal mine，through field test and theoretical analysis on the failure mechanism and control measures，the combined supporting technology of shotcrete－pergola－bolt－injecting to solve the present situation is put forward，it can be more effective to control instability of the deep soft rock roadway，it realizes the success of soft rock roadway supporting once.

soft rock roadway，combined supporting，completely closed U－pergola，grout

TD353

B

安徽省高校省級自然科學重點項目（KJ2011A099）

徐磊（1987－），男，江蘇高郵人，碩士研究生，研究方向為巖石力學與支護。

（責任編輯 張毅玲）