新橋礦破碎圍巖巷道“錨架注”支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

摘 要：新橋礦南一采區(qū)運(yùn)輸上山穿過落差30 m、寬度140 m特大斷層，斷層帶內(nèi)巖體極其破碎。為了不影響施工安全和施工進(jìn)度，巷道采用“超前預(yù)注漿+U29伸縮性封閉圓形鋼棚+錨網(wǎng)噴”進(jìn)行支護(hù)。5個(gè)多月后，兩幫最大移近量達(dá)到216 mm，頂板最大下沉量為120 mm，底臌量約135 mm，采用這種支護(hù)技術(shù)有效維護(hù)了巷道的長期穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：破碎圍巖 錨架注支護(hù)技術(shù) 礦壓觀測

中圖分類號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（b）-0086-03

Application of Anchor-shed-grout in Fractured Surrounding Rock Roadway in Xinqiao Mine

Dong Kai-feng Zhang Yan

（Henan Coal and Chemical Group Corporation Ltd，Yongcheng Coal Company，Xinqiao Mine Yongcheng，476600，China）

Abstract：Rise entry in South 1st District of Xinqiao Mine passed through fault with fall of 30m and width of 140m，so the rock was extremely broken.In order not to affect the construction safety and progress， technology of combined supporting which included pre-grouting，U29 elasticity closed circular steel shed and anchor net spray was adopted. More than five months later，the maximum displacementof roadway's sides was 216mm and the amount of maximum subsidence of roof was 120mm.With using this support technology，the roadway kept long-term stable.

Key Words：fFractured surrounding rock； Technology of Anchor-shed-grout； Mineral pressure observation

巷道掘進(jìn)過程中，遇到破碎圍巖不僅影響施工安全還要影響施工進(jìn)度，最終影響到礦井的采掘接替。破碎圍巖條件下，容易造成巷道頂板出現(xiàn)淋水、巷道流矸和施工困難，一旦支護(hù)強(qiáng)度不夠或支護(hù)不及時(shí)極容易出現(xiàn)漏頂或冒頂事故。因此，破碎圍巖巷道施工技術(shù)研究是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。針對破碎圍巖巷道的支護(hù)問題，現(xiàn)在主要采用“錨桿索、架棚、注漿”相結(jié)合的支護(hù)技術(shù)[1～4]。

1 地質(zhì)概況

南翼軌道運(yùn)輸大巷和膠帶運(yùn)輸大巷位于-550 m水平，地面標(biāo)高為+32 m。南翼軌道運(yùn)輸大巷全長2558.1 m，南翼膠帶運(yùn)輸大巷全長2518.6 m。南翼軌道大巷對應(yīng)地表北部靠近王樓，南部對應(yīng)徐莊。地表經(jīng)過澮河、牛樓，其余均為農(nóng)田。圖1為南一采區(qū)膠帶運(yùn)輸上山綜合地質(zhì)柱狀圖。

南一采區(qū)兩條運(yùn)輸上山將穿過落差30 m、寬度140 m的F14斷層（如圖2所示），巖性以碎裂的泥巖或泥質(zhì)巖體為主，裂隙、層理比較發(fā)育，強(qiáng)度低，完整性差，整體為泥質(zhì)成分含量高的大范圍破碎巖體；斷層穿過太原組含水層，而且上盤煤系地層直接與下盤奧陶系地層接觸，F(xiàn)14斷層的導(dǎo)水性對本區(qū)水文地質(zhì)條件影響較大，巷道施工受裂隙水影響突出。從已掌握的資料看，預(yù)計(jì)揭露頂板沒有自穩(wěn)時(shí)間或自穩(wěn)時(shí)間極短，難以滿足必要的處理時(shí)間，并可能因控制不及時(shí)導(dǎo)致大范圍抽冒，因此需要研究破碎頂板的支護(hù)技術(shù)。

2 支護(hù)技術(shù)的總體思路

（1）采用超前預(yù)注漿固化破碎圍巖，確保斷層破碎段內(nèi)巷道的安全施工。

（2）架設(shè)U型可縮性鋼棚，小循環(huán)及時(shí)支護(hù)松散圍巖，發(fā)揮鋼棚的徑向約束作用，形成剛性承載殼基礎(chǔ)支護(hù)，隨圍巖收縮U型鋼棚繼續(xù)讓壓收縮，始終保持軟巖破碎巷道圍巖承載殼的存在。

（3）采用新型高性能錨桿、大直徑預(yù)應(yīng)力錨索和化學(xué)加固材料注漿等圍巖加固手段，強(qiáng)化巷道圍巖強(qiáng)度和承載結(jié)構(gòu)。

3 超前預(yù)注漿

巖層內(nèi)部注漿，圍巖注漿加固是利用漿液把圍巖的各種弱面充實(shí)，并把弱面、充填體和四周巖體重新膠結(jié)起來形成完整巖體，從而提高圍巖的整體穩(wěn)定性及其力學(xué)性能，改善圍巖的物理性能，提高圍巖自身的承載能力；在圍巖裂隙發(fā)育時(shí)可以及時(shí)封堵圍巖裂隙，使圍巖失去涌水通道，消除或降低水對圍巖力學(xué)性質(zhì)的影響，防止軟巖進(jìn)入流變期，在控制軟巖流變變形中具有決定作用。

（1）注漿材料。

可采用硫鋁酸鹽水泥粘結(jié)注漿（硬化時(shí)間約為10 min）或化學(xué)漿液超前注漿控頂，適當(dāng)?shù)囟慰膳浜献残ü餐翱仨敗?/p>

硫鋁酸鹽快硬水泥粘結(jié)注漿：采用硫鋁酸鹽水泥為注漿材料，按設(shè)計(jì)要求，將漿液注入到巷道輪廓以外的松散的巖體內(nèi)（如冒落區(qū)），使松散的巖體粘結(jié)，形成一個(gè)注漿硬殼帷幕，并根據(jù)需要控制粘結(jié)高度，使?jié){液不進(jìn)入或少進(jìn)入巷道輪廓以內(nèi)的一種控制注漿施工工藝。采用標(biāo)號(hào)525的快硬硫鋁酸鹽水泥，水灰比0.85～1.0，膠砂流動(dòng)度達(dá)到121～130 mm，該充填材料的性能特點(diǎn)有。

早強(qiáng)、高強(qiáng)；高抗凍性；高抗?jié)B性；抗碳化性能好，干縮率低；抗腐蝕性能好。

（2）注漿深度及錨桿。

①長孔超前注漿：結(jié)合巷道揭煤進(jìn)度情況，接近斷層破碎區(qū)域10 m時(shí)，巷道輪廓線拱頂部位布置2個(gè)注漿孔，孔深8～10 m，角度+15°～20°，超前深孔注漿密實(shí)斷層、裂隙，并膠結(jié)破碎煤巖。

②短孔預(yù)注漿控頂施工：在巷道輪廓線拱頂部位布置5個(gè)超前預(yù)注漿錨桿，分別位于正頂位置、距中依次1.2 m，角度+20°～30°。

③注漿錨桿選擇長度2600 mm，4分鋼管制成，鋼管底端砸成扁狀；鋼管1 m長度后十字錯(cuò)開鉆孔，孔徑由大逐漸變小，前端孔徑Φ=8 mm，后端孔徑Φ=4 mm；封孔可采用空心水泥卷或樹脂藥卷密實(shí)，封孔深度為1.0 m。注漿最大壓力為2.5 MPa。

④短孔超前注漿控頂施工距離始終超前U棚1.0 m以上，長孔超前注漿控頂施工距離始終超前U棚2.0 m以上；在超前注漿控頂前提下，進(jìn)行后面的架棚支護(hù)。

⑤開始預(yù)注漿時(shí)注漿排距1 m，待循環(huán)注漿5個(gè)循環(huán)后根據(jù)注漿效果和頂板圍巖破碎程度，適當(dāng)調(diào)整排距。預(yù)注漿錨桿的布置形式如圖3所示。

4 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

試驗(yàn)巷道采用“超前預(yù)注漿+U29伸縮性封閉圓形鋼棚+錨網(wǎng)噴”進(jìn)行支護(hù)。掘進(jìn)前，采用“水泥漿+水玻璃”雙液注漿方式將工作面迎頭待掘2000 mm進(jìn)行超前加固。注漿加固完成后，然后采用正常爆破或松動(dòng)爆破配合風(fēng)鎬開挖的方式進(jìn)行掘進(jìn)。每次掘進(jìn)800 mm進(jìn)行一次永久支護(hù)，每次掘進(jìn)1200 mm進(jìn)行一次超前注漿加固。

（1）鋼棚半徑為2350 mm，每架鋼棚分6節(jié)，各節(jié)搭接長度450 mm并在搭接處安裝3副卡纜（卡纜間距50 mm），棚距600 mm，每棚設(shè)18副連接板（每節(jié)3副連接板）。鋼棚從巷道底板位置開始在鋼棚外沿直至棚頂采用2層鋼筋網(wǎng)背實(shí)。

（2）錨桿為Φ20×2000 mm高強(qiáng)錨桿，間排距800×800 mm，矩形布置成排成行，底板以上300 mm起錨，水溝側(cè)200 mm起錨；全斷面掛鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片搭接長度不小于100 mm，搭接處每隔不超過300mm用12#鐵絲雙股雙排綁扎且扭結(jié)不少于3圈；噴射混凝土厚100 mm（以露出鋼棚連接板為準(zhǔn)），標(biāo)號(hào)C15，混凝土配比為水泥∶砂∶石子=1∶2∶2。幫部錨桿使用樹脂錨固劑無法錨固住時(shí)，可施工Φ43×1800 mm管縫式錨桿，間排距參數(shù)不變。巷道施工斷面支護(hù)圖見附（圖4）。

（3）超前支護(hù)方式采用“注漿加固+超前骨架”進(jìn)行超前支護(hù)，注漿加固時(shí)，使用1500 mm或2500 mm插管注漿，水泥漿與水玻璃比例控制在1∶0.3～0.5。注漿加固范圍為迎頭待掘2 m內(nèi)的巷道。超前骨架采用Φ25×3000 mm無縫鋼管，間距控制在250～300 mm。超前骨架支護(hù)范圍主要是從拱基線位置至頂板。施工中可根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整骨架的密度和位置，保證超前支護(hù)。

（4）頂板注漿加固后完好，錨桿支護(hù)作用較好時(shí)，臨時(shí)支護(hù)采用弧形金屬前探梁支護(hù)，弧形前探梁弧長為2500 mm，寬度為800 mm，弧形前探梁傘柱采用Φ40 mm無縫鋼管加工，傘緣及撐桿采用Φ25.4 mm鍍鋅鋼管加工，支腿采用Φ80 mm無縫鋼管制作。

5 巷道表面位移觀測與分析

（1）從（圖5）可以看出，巷道掘出10天內(nèi)圍巖運(yùn)動(dòng)劇烈，兩幫最大變形速度達(dá)到32 mm/d，頂板下沉最大速度達(dá)到15 mm/d，11天以后，巷道圍巖運(yùn)動(dòng)速度慢慢減小，并逐漸趨于穩(wěn)定。

（2）現(xiàn)場觀測表明，經(jīng)過5個(gè)多月，兩幫最大移近量達(dá)到216 mm，頂板最大下沉量為120 mm，底臌量約為135 mm。

6 結(jié)論

超前預(yù)注漿將松散破碎圍巖膠結(jié)凝固，降低其松散流動(dòng)性；及時(shí)采用被動(dòng)形式的U型鋼棚支護(hù)形成松散圍巖巷道支護(hù)的剛性承載殼，利用U型鋼棚的可縮性適當(dāng)讓壓，轉(zhuǎn)移巷道圍巖碎脹變形壓力，保護(hù)支護(hù)系統(tǒng)；在此基礎(chǔ)上采用長錨桿、錨索主動(dòng)支護(hù)進(jìn)行二次強(qiáng)化加固，通過高預(yù)緊力充分調(diào)動(dòng)圍巖的自穩(wěn)能力在最后在錨架之間進(jìn)行注漿密實(shí)加固，有效維護(hù)了巷道的長期穩(wěn)定。

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