高應(yīng)力大斷面硐室聯(lián)合支護技術(shù)研究與應(yīng)用

秦德陽，胡同嶺

（鄭州煤電股份有限公司告成煤礦，河南 登封452477）

1 絞車房概況

1.1 地質(zhì)概況

25采區(qū)絞車房位于－110m水平，原生頂板區(qū)為深灰色的砂巖，局部相變?yōu)樯百|(zhì)泥巖，厚2.70～25.44m，一般為6.6m。滑動構(gòu)造斷裂帶為斷層泥或斷層角礫巖，厚0.45～31.2m。L7灰厚約8m，L5－6灰不發(fā)育，L7灰底下距L1－4灰頂約30m，L1－4灰厚約20m。25采區(qū)絞車房在L8灰?guī)r及以上頁巖層位掘進，巷頂距離煤層垂距為5.5m。

1.2 工程概況

25絞車房總工程量38m，其中操控硐室工程量4m，絞車房工程量8m，絞車房通道工程量9m，電控硐室工程量9.5m，通風孔工程量7.5m。25采區(qū)絞車房掘進斷面40m2，寬8.6m×高5.6m，錨網(wǎng)噴凈斷面38.4m2，寬8.4 m×高5.5m，架棚后凈斷面35.5m2，寬8.0m×高5.3 m。

2 支護方案的提出與實施

2.1 支護方案

從已施工的25采區(qū)3條下山情況來看，由于受滑動構(gòu)造和大斷層的影響，該掘進區(qū)域的巖層具有松軟破碎，強度低，穩(wěn)定性差，遇水易膨脹，圍巖變形量大，支護過的巷道易變形，在靜壓下總變形量在500mm以上的特征，給掘進支護工作帶來極大的困難，如何進行支護是擺在我們面前的一個技術(shù)難題，結(jié)合實際地質(zhì)狀況，為保證快速、安全施工，必須選擇合理的支護方式和施工順序，來確保絞車房支護的永久性，但由于以下幾方面原因不得不重新考慮絞車房的施工順序和支護方案：（1）25采區(qū)絞車房設(shè)在L8灰?guī)r及以上層位掘進，巷頂距離煤層垂距只有5.5m，頂板巖石較破碎；（2）施工斷面超大；（3）周圍巷道布置較為集中，交叉點多，與25采區(qū)皮、軌、回風下山上車場僅留設(shè)16m巖柱，屬高應(yīng)力集中區(qū)域。

也正由以上因素決定了該區(qū)域掘進巷道支護的復(fù)雜性，如選擇單一的支護形式，難以保證支護效果，施工過后的巷道出現(xiàn)變形，二次維修將極其困難，整個25采區(qū)運輸系統(tǒng)將會陷入癱瘓狀態(tài)，極大地影響采區(qū)生產(chǎn)〔1－2〕。為確保支護過后巷道一次成巷，不變形、不維修，和從保障巷道長期支護效果角度出發(fā)，在經(jīng)過研討和對圍巖應(yīng)力的分析，制定了一套系統(tǒng)化的支護體系，即采取了分層先柔后剛的支護形式來解決支護難題，即采用錨網(wǎng)噴＋巷壁打錨索＋特高、大跨度U型鋼支架＋噴漿＋圍巖中、深孔注漿支護的支護方式（見圖1）。

2.2 施工工藝流程

施工絞車房導(dǎo)硐→對導(dǎo)硐進行臨時支護→擴刷絞車房→打錨桿、掛網(wǎng)、噴漿成型→淺孔壁后注漿→打錨索加固→架設(shè)U型鋼→噴漿封閉→中深孔注漿加固。

圖1 絞車房聯(lián)合支護設(shè)計斷面（單位：mm）

2.3 支護技術(shù)參數(shù)

（1）導(dǎo)硐施工采用Φ18mm×1800mm左旋無縱筋螺紋鋼等強樹脂錨桿，錨桿間、排距分別為800mm、800mm，導(dǎo)硐擴刷選用Φ18mm×2300mm的等強全絲錨桿。每個錨桿孔使用2支Z2350型樹脂錨固劑。兩幫底角錨桿設(shè)計向下扎角15°，輔助控制巷道底鼓，要求錨桿預(yù)緊力矩應(yīng)不小于300N·m。

（2）采用高強度鋼筋網(wǎng)護表，采用Φ10mm圓鋼，網(wǎng)孔為60mm×60mm，網(wǎng)規(guī)格為1000mm×2000mm，網(wǎng)間綁扎，網(wǎng)與網(wǎng)搭接200mm。

（3）錨桿托盤采用厚度為10mm鼓形托盤，大小為150mm×150mm，材質(zhì)為A3鋼。

（4）為提高錨網(wǎng)支護承載結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，采用小孔徑高強預(yù)應(yīng)力錨索實施結(jié)構(gòu)補償，不僅要提高錨網(wǎng)基本支護形成組合梁或組合拱結(jié)構(gòu)的抗變形能力，還要提高淺部圍巖的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)補償錨索選用Φ17.8mm×8000 mm 1860鋼絞線，錨索間排距1.5m×1.5m，每個錨索孔使用4支Z2350型樹脂錨固劑，理論錨固長度接近2.3m，要求錨索預(yù)緊力不低于80kN。

（5）U型鋼支架材質(zhì)為U29型，采用直腿半圓拱3節(jié)支架；鋪幫、頂采用金屬網(wǎng)，規(guī)格1.0m×1.0mm，網(wǎng)孔40 mm×40mm，用Φ3mm鐵絲編織。

（6）U型鋼支架，采用3節(jié)29＃U型鋼直梁，根據(jù)設(shè)計要求加工成特殊U型鋼支架，梁弧長4200mm，梁弦長4000mm；腿長6600mm，其中腿弧長4700mm，直腿長1600mm；柱角采用20mm厚的鋼板，柱窩埋深300mm，成巷后斷面35.5m2。

（7）噴射砼采用P.O32.5普通硅酸鹽水泥、中粒河砂、人工碎石并按照其重量比1∶2∶1.5配成C15砼，水灰比為0.45。噴拱時，速凝劑摻入量為水泥用量的5%，噴墻時，速凝劑摻量為水泥用量的3%，噴層厚度為100 mm。

（8）水泥漿：按照質(zhì)量比水∶水泥＝1∶1.1～1∶1.5的比例配制，注漿管采用Φ20mm的鋼管，分別加工成長1 m和長2m的注漿管，分別用于淺孔注漿和中深孔注漿，中深孔和淺孔相間布置，間距均為2m，排距為2m。

3 支護實施效果分析

2010年10月絞車房開始施工，于2011年2月份完工，投入使用已有20個多月，基本上沒有發(fā)生變形。通過采用錨網(wǎng)噴＋巷壁打錨索＋特高、大跨度U型鋼支架＋噴漿＋圍巖中、深孔注漿支護，改變了傳統(tǒng)的單一支護形式，充分發(fā)揮了多種支護的優(yōu)越性。在將近20個月對絞車房50m范圍的巷道位移變形量進行觀測，由于受13171工作面回采的影響，絞車房臨近的－110m運輸大巷、25采區(qū)皮帶下山車場及25采區(qū)變電所已經(jīng)有明顯的變形，灰皮嚴重開裂，影響到巷道的使用安全，采取打錨索加固，截止2012年6月絞車房臨近的其它巷道已擴修加固兩次，25采區(qū)變電所也剛剛采用3m高強錨桿加固結(jié)束。而25采區(qū)絞車房自投入使用至今，圍巖變形量微小，且在支護完成60d后基本穩(wěn)定，未有裂痕和灰皮脫落現(xiàn)象，外觀整潔，硐室成型效果非常理想，支護效果良好，達到了預(yù)期效果。實測數(shù)據(jù)經(jīng)整理后，分別繪出該巷道變形曲線（見圖2）。

4 結(jié)語

1）該方案采用的聯(lián)合支護方案和破巖施工方法合理，能夠滿足告成礦25采區(qū)絞車房的支護要求。

2）該方案的實施，成功解決了大斷面破碎圍巖在高應(yīng)力條件下的失穩(wěn)變形，提高了支護結(jié)構(gòu)的整體強度和穩(wěn)定性，保證了安全、高效施工。

3）該方案的實施，充分說明了只要肯投入，加強施工管理就可以達到有效控制礦壓的目的。

4）該聯(lián)合支護方案的實施為告成礦今后的高應(yīng)力軟巖、大斷面支護方案實施提供了可靠的依據(jù)。

〔1〕李大偉.深井與軟巖巷道二次支護原理及控制技術(shù)〔M〕.北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

〔2〕錢鳴高，石平五，許家林.礦山壓力與巖層控制〔M〕.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2010.