巖巷過斷層破碎帶支護形式優化在陳四樓煤礦的嘗試

孟相勇 孫宏權 李業君

（1.河南煤業化工集團永煤公司 陳四樓煤礦，河南 永城 476600 2.河南煤業化工集團永煤公司生產部，河南 永城 476600）

陳四樓煤礦位于河南省永城市，是河南煤業化工集團永煤公司的第一對生產礦井，1997年正式投產。北部東翼行人下山是為該礦十四采區服務的行人、進風巷道，斷面形式為直墻半圓拱，主要斷面規格為3600mm×3300mm。該掘進工作面巖性為砂質泥巖及細粒砂巖。巷道設計支護形式采用錨網噴支護，錨桿間排距為800×800mm，頂部仍采用Φ20×2200mm的左旋螺紋鋼高強錨桿，兩幫采用Φ18×2200mm的左旋螺紋鋼高強錨桿，未施工錨索。巷道掘進期間將揭露DNF41正斷層，該斷層走向為88°，傾角75°，落差10m。巷道過斷層破碎帶期間，巷道圍巖松軟破碎，層理傾角較大，裂隙發育，無淋水，巖石堅固性系數f值為4～6，存在頂板下沉或冒落的可能，不利于后期的行人安全，因此需對過斷層破碎帶區段巷道進行加固處理。

1 原設計支護方案及分析

1.1 原設計支護方案

巷道設計過斷層破碎帶期間采用29U型鋼棚+大眼網+噴漿支護，架棚規格3600×3300mm，棚距700mm，每架棚子由1節頂梁及2節棚腿組成，搭接處使用三個卡纜固定牢固，每架棚布置8塊連接板，緊固有效。全斷面鋪設金屬網片，金屬網由φ6mm鋼筋焊接而成，規格 2000×1000mm，網目 100×100mm，搭接100mm，扎絲間距200mm，扎絲采用雙股14#鐵絲。噴射混凝土厚度以棚梁外露50mm為準，砼標號C20。

1.2 支護方案分析

1.2.1 架棚支護優劣分析

優點：架棚支護屬被動支護，主要優點有承載力強，能有效抵抗軟巖巷道中的圍巖動壓力，以保持巷道形狀。

缺點：①U型鋼棚由于是被動承載，在圍巖產生一定量的變形后才能起到支撐作用，不能及時有效支護圍巖，不安全因素多；②斜巷施工時，人員搬運U型鋼棚困難，職工勞動強度大且存在不安全因素；③架設U型鋼棚效率較低，影響工作面快速掘進，制約單進提高；④U型鋼棚造價高，而且鋼棚致使噴漿回彈率高，增加了巷道支護成本。

1.2.2 現場情況分析

結合已掘平行巷道北部東翼軌道下山過DNF41斷層破碎帶期間經驗：巷道通過斷層破碎帶期間采用架設29U型鋼棚支護，雖圍巖較破碎、裂隙發育，但該區域過斷層期間無淋水、巖石無膨脹性，后期架棚區段巷道變形量＜50mm，正常支護與架棚交界處變形量亦＜80mm。鑒于該區段巖石破碎但無膨脹性，巷道圍巖變形量不大（架棚及前后區段圍巖變形量均小于200mm），可以嘗試在該區域進行錨網梁噴+錨索復合支護，改被動支護為主動支護，通過主動支護的組合拱作用使圍巖組合成整體，從而有效控制圍巖變形，并能提高單進、減少運輸過程的不安全因素。

2 支護方案優化

在之前巷道支護經驗的基礎上，通過綜合考慮及支護效果分析，確定最佳支護方案，即采用錨網梁噴+錨索聯合支護。頂部仍采用Φ20×2200mm的左旋螺紋鋼高強錨桿，兩幫仍采用Φ 18×2200mm的左旋螺紋鋼高強錨桿。錨桿間距不變，排距縮短為700mm，并在拱部架設梯子梁；錨索選用錨索Φ18.9×6500mm的鋼絞線，間排距為1600×1600mm，每排在拱部布置3根（正頂一根，兩肩窩各一根）。并在該支護方式區段設置頂底板、兩幫位移觀測點，方便后期位移量比較。巷道支護斷面見附圖。

附圖 支護斷面圖

3 效果分析

3.1 支護效果

使用錨網梁噴+錨索聯合支護未發現頂板下沉、兩幫內縮、漿體開裂等表明支護強度不足或圍巖動壓顯現的現象，經觀測頂底板級兩幫移近量均＜100mm，達到預期支護效果。

3.2 技術及經濟效果分析

①改被動支護為主動支護，錨桿配合梯子梁將松散的圍巖能組合成整體，改善了圍巖的物理力學性能，從而形成可靠有效的組合拱結構，提高了支護的承載能力和穩定性；錨索支護是對錨桿的支護的補強，擴大了支護范圍，有效增加了組合拱的厚度，分擔了錨桿載荷，使圍巖更趨穩定。

②降低了支護成本。錨網梁噴+錨索支護與架設U型鋼棚+網噴支護相比（使用大眼網與噴漿部分相同，不作比較），見下表：

支護形式錨網梁噴+錨索架設29U型鋼棚支護材料頂錨桿幫錨桿錨索梯子梁29U型鋼棚單價（元/米）331 353 134 315 2000支護長度（米）30 30 30 30 30合計（元）33990 60000

由此可見，在使用錨網梁噴+錨索支護后，巷道支護材料費節省26010元，每米可節省材料費800余元，經濟效益可觀。

③和架設U型鋼棚相比，錨網梁噴+噴漿支護大大減輕了工人的勞動強度，提高了工效，提高了單進。搬運及架設U型鋼棚，極大增加了工人的勞動強度，同時存在不安全因素。與北部東翼軌道下山過DNF41斷層破碎帶期間（采用架棚支護）的工效比較：

序號1 2巷道名稱北部東翼軌道下山北部東翼行人下山施工時間2009.5 2010.11支護形式架棚支護錨網噴+錨索支護當月進尺62m 105.5m當月該工作面施工人數52人49人總人工數1092 0.057 1029工效0.1

從表中可以看出，采用錨網梁噴+錨索支護比采用架棚支護工效提高接近1倍，同時進尺提高了70%。由于北部東翼軌道下山斷面（4200×3600mm）比北部東翼行人下山斷面（3600×3300mm）大，綜合考慮后，可以得出，采用錨網梁噴+錨索支護比采用架棚支護工效能提高50%，單進能提高40%。

4 結論

通過實踐應用可得出結論：通過北部東翼行人下山過斷層破碎帶期間使用錨網梁噴+錨索支護方式，發揮圍巖自身承載能力，提高圍巖穩定性，可有效控制巷道圍巖變形,較之U型棚支護降低了巷道成本，減輕了工人的勞動強度，降低了安全風險；提高了工效和單進，具有明顯的技術經濟效益，有較好的推廣價值。

[1]何滿潮.軟巖工程技術現狀及展望[M]北京：煤炭工業出版社，1999

[2]康紅普.高預應力強力支護系統及其在深部巷道中的應用[J].2007(12)