錨噴網支護技術在破碎巖層及動壓巷道中的應用

摘要：文章在分析紅炭山礦業有限責任公司牛欄山煤礦地質情況的基礎上，針對錨噴網支護技術在破碎巖層及動壓巷道中的應用問題進行分析，重點探討了破碎巖層及動壓中施工巷道的礦壓特點問題，最后還提出相關的破碎巖層及礦壓巷道控制的措施。

關鍵詞：錨噴網支護；破碎巖層；動壓支護；動壓巷道

中圖分類號：U417 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）12-0049-02

巖巷和煤巷中應用煤礦巷道支護技術越來越多，推廣應用的錨噴網支護形式也十分常見。為了能夠明顯提高支護效果，這種支護方式能夠使得圍巖的支護受力狀態得以改善。本文結合實際生產情況，對于牛欄山煤礦井下破碎巖層巷道的礦壓進行觀測，最后提出相關的各種礦壓控制措施。

1 工程概述

本文研究對象是牛欄山煤礦202采區、285～22#石門巷道和285區段23#采空區，其中，在施工過程中受圍巖破碎、易風化脫層影響比較嚴重，同時，巷道變形由于采動動壓影響可能產生。為了盡可能保證安全施工，應該注意在工字鋼棚支護過程中的無法阻止巷道片幫脫層的問題。經過研究討論決定，為了取得更好的加固效果，這里采用錨噴網支護技術。

2 牛欄煤礦202采區22#煤層的地質概況

對于牛欄煤礦202采區22#煤層來說，平均傾角25度，煤層平均厚度為1.01。灰黑色的底板，中厚層狀細粉砂巖，其中，植物根莖化石含量比較豐富，粗粉砂巖、細砂巖在局部出現，起伏現象也呈現在底板；灰黑色的頂板，中厚層狀砂質泥巖，細粉砂巖個別出現，偽頂0.05～0.2米，還存在大量的似層狀黃鐵礦結核。抗壓抗剪強度對于總體頂底板來說比較低，呈現后生理層發育的特點，巖石硬度系數在4～6范圍。

3 壓力巷道破壞機理

采礦中的動壓力主要包括頂板垮落集中壓力、回采工作面超前集中壓力以及相應的兩側采空的雙側集中壓力和一側采空的單側煤柱壓力，另外就是一些其他的疊加應力，也就是說是指各種集中壓力在礦山開采活動所形成的總和。對于動壓巷道來說，就是指經受采動影響的井下巷道。采動會影響到巷道所處的礦山壓力狀態，這樣圍巖原有穩定性就不能保持，形成圍巖應力的多次重新分布特點，增大了位移和壓力，顯著變形的圍巖都說明了打破相關的靜壓狀態下的穩定平衡。所以，只有等到應力重新分布而達到新平衡后，才有可能形成穩定的巷道圍巖。巷道在沒有支護加固的情況下，無疑將會受到不同程度的破壞，甚至出現片幫、冒頂的現象，這樣對于巷道的正常安全使用就造成很大問題。

4 錨噴網支護機理

支護一般都是在巷道掘進后進行施工，這樣能夠有效防止圍巖垮落或過大變形，從而增強了巷道的穩定性。架設棚式支架或砌碹是過去常用的維護巷道的方法，隨著技術不斷發展，礦山施工中的錨噴網支護應用越來越多。這種重大革新與進步的支護技術正在逐漸取代后者。組合梁作用和擠壓加固拱作用能夠很好地體現在錨桿支護對圍巖的作用上。為了抗彎、抗剪能力能夠得以增加，需要完整處理圍巖表面破碎圈，從而形成噴層平整均勻，同時，還具有較大的允許變形量和較高柔性。

主動地保持圍巖的完整性和穩定性則是錨噴網支護最為主要的特點，能夠有效地使得圍巖自身的支承作用得以發揮，能夠較好地控制圍巖變形、位移及裂隙發展。這種支護形式對于斷層破碎帶不穩定巖石較為適用。

4.1 錨桿作用

擠壓加固作用是通過錨桿的擠壓加固作用，這樣就能夠均勻地連接壓縮帶。一方面能實現錨桿-圍巖共承載組合拱，保持自身穩定；另外一方面，能夠滿足承受地壓的要求，使得上部圍巖的松動和變形得以阻止。

4.2 噴射混凝土作用

（1）能夠提高強度，圍應力狀態得以改善，加固作用通過張開的節理、裂隙的充填和圍巖的固結得以實現；（2）圍巖強度得以提高，有效阻止風化作用，及時封閉圍巖，同時能防止風化形成的圍巖破壞；（3）緊密粘結噴射混凝土和圍巖，柔性支護結構得以實現，能使得個別危巖活動、滑移或墜落有效防止；（4）噴射混凝土把破壞的巖塊聯成整體，這樣就形成組合拱作用，防止深部圍巖進一步變形；（5）防止圍巖的局部破壞，可以通過提高噴層與巖石的粘結力和抗剪強度而實現，這樣就能有效防止個別危巖活動、滑移或墜落。

5 礦用鋼塑復合防護網

（1）為了實現全面積錨固擠壓，應該改變原來的巷道壁的點錨固，這是通過鋪設防護網相應增大錨桿托板的面實現的；（2）增強噴層的支護強度是通過提高了噴層抗剪、抗拉的能力而實現的；（3）為了滿足噴層與圍巖之間不易離層、脫落，可通過錨桿和防護網，把噴層與巷壁牢固地結合一起實現。

6 支護參數的選擇

首先，按照下式進行錨桿長度的計算：

L=N（1.1+B/10）=1.2×（1.1+2.3/10）=1.6m

其中，錨桿間距：D≤0.5L=0.5×1.7=0.85m

式中：B代表巷道跨度，這里取2.3m；N代表圍巖穩定性影響系數，Ⅲ類圍巖取系數1.2。

高強螺紋鋼錨桿可以通過上述計算結果得到，同時選用的螺紋鋼錨桿規格如下：長度為1600～2000mm/根，直徑16mm；為了實現攪拌和固定樹脂錨固劑，前端弄成麻花狀；鎖定托盤作用則是通過后端打成螺紋而實現的，同時，一個螺母和一個托盤都配置在一根錨桿上。

每排5根，排距在1000mm，間距850mm、1000mm等幾種規格，錨固劑樹脂藥卷規格：Φ23×350mm，每眼用1卷，托板規格：直徑160mm、厚10mm圓形托板，采用Φ28mm的鉆頭打眼施工。

7 礦用鋼塑復合防護網的選擇條件

（1）為了不影響碹體強度以及噴碹時網后出現空洞，網眼不能過小；（2）網筋應該具備一定抗剪、抗彎能力，滿足強度和剛度的要求；（3）施工中使用大小合適的網片比較容易操作。

這里選擇的防護網片規格如下：金屬菱形網抗拉標準≥2450N，單邊極限抗拉強度≥4000N；延深率≤5%；網眼尺寸：50×40mm或50×70mm（可調）；網寬：800～3000mm（可調）；阻燃性能：有焰單根≤10S；無焰單根≤60S；抗靜電性能：≤3×108Ω。平直進行網鋪設，應該滿足緊貼巖壁要求。盤條網相鄰兩邊作鉤進行連接是為了滿足金屬網的搭接，通過φ10鐵絲加固，最后用托板壓緊金屬網。

8 噴射混凝土

（1）選擇合適的噴射混凝土厚度。噴層應該確定合適厚度，因為過厚影響其柔性，使脆性增加，而過薄影響支護強度，這樣容易造成不能保持圍巖形成的承載結構。經過討論分析，結合本地的實際情況，確定噴射混凝土厚度為100mm；（2）噴射混凝土材料要求。普通硅酸鹽水泥強度等級為42.5，要求石子直徑不大于25mm，選擇粒徑為0.3～3mm的中砂，水泥∶砂子∶石子=1∶2.5∶1.5；（3）噴射混凝土參數選擇。這里選用工作壓力0.12～0.18MPa的旋轉式ZHP-2型混凝土噴漿機，同時要求輸料管長20m，噴口到噴面距離1～1.5m，速凝劑控制在3%～5%范圍內。噴拱頂時應取大值，而噴兩墻時取小值，為了保證混凝土的強度，降低回彈、粉塵，應該做到潮拌料并在噴前巖壁灑水。

9 錨桿施工

要求從巷道中頂部位開始，逐漸向兩側進行施工，滿足交叉進行錨桿與打錨桿眼安裝，在安裝到位每眼錨桿以后，應該及時進行人工加扭操作，滿足錨桿錨固力不小于15MPa，同時，每根錨桿扭矩不小于50N·M。先打臨時支護，從兩幫開始掛網，原有的金屬棚腿就可以接著拆除。

10 結語

錨噴網支護技術在該巷道的加固已經成功實施一年多，巷道沒有出現變形、碹體脫落、片幫等現象，表現出完整良好特性。通過實例證明，錨噴網支護技術在動壓破碎帶中采用是完全可行的，這種施工簡便的支護方式，能夠保證施工安全的同時，降低工人的勞動強度，是一種“抗”與“讓”相結合的柔性支護，也是一種主動的支護方式。

作者簡介：王維東（1977—），男，福建煤電股份有限公司生產技術部副經理，采礦工程師，研究方向：

采礦。

（責任編輯：劉 晶）