聯合支護在復雜地質條件下大斷面巷道支護加固中的應用

李文庭 LI Wen-ting；劉昌龍 LIU Chang-long

（陜西銅川礦業有限公司生產部，銅川 727000）

（Production Department of Shaanxi Tongchuan Mining Co.，Ltd.，Tongchuan 727000，China）

0 引言

煤礦巷道支護經歷了木支護、砌碹支護、型鋼支護到錨桿支護的漫長過程，國內外的實踐證明，錨桿支護是經濟、有效的支護形式，比其它支護形式有著難以比擬的優越性。隨著錨桿支護的推廣應用，在實踐生產應用中為適應不同的地質狀況并考慮成本因素，錨桿的材質也在不停的變化著，如鐵絲錨桿、圓鋼錨桿、螺紋鋼錨桿等在不同的圍巖特征下都有著廣泛的應用。在復雜地質條件下特別是大斷面的巷道支護中，僅僅依靠簡單的錨桿支護已不能滿足巷道的正常使用，因此采用聯合支護形式，充分發揮各種支護形式的優越性，取長補短，相互配合從整體上提高支護效果便成為支護發展的方向。支護方式的多樣性，材質的多樣性，不同的組合產生的支護效果也會不同。本文以下石節煤礦為例，闡述了通過多種嘗試，摸索出的大斷面復合支護在一定的地質條件下取得的成功，為類似地質條件下的巷道支護提供了一定的實踐基礎。

1 工程概況

下石節煤礦井田地處黃隴侏羅紀煤田焦坪礦區西南部，煤系地層為傾向北西的單斜構造，分屬中侏羅系直羅群及下侏羅系延安群。目前開采深度約600m左右。煤系地層地質條件較差，地壓顯現強烈。礦井布局為“一井一面”的集約化生產布局，采用一次采全高的回采工藝，自然跨落法管理采空區。950軌道石門為下石節煤礦的井底輔助運輸巷，肩負著礦井輔助運輸及出矸任務。950軌道石門直接底板為炭質泥巖，片狀、松散、破碎，厚度1m左右，其下為根土巖，灰褐色泥巖，塊狀，厚度2.98m。花斑泥巖，為紫雜色泥巖，團塊狀、含鋁質，厚度5.6m。煤層直接頂板為深灰色粉細砂巖，泥巖膠結，斜層理及緩波狀層理，厚度21.9m左右，老頂為灰色粗砂巖，中厚層狀，主要成分為石英及長石，泥質膠結，易風化，厚度16.8m左右，井田東部相變為細砂巖。

下石節煤礦950軌道石門采用直墻半圓拱型斷面，巷道毛寬5.4m，巷高4m，直墻高1.3m，巷道毛斷面18.47m2。此條巷道整體為穿層巷道，層位從煤層底板穿過煤層，最終至煤層頂板。巷道層位處在煤層底板和煤層中的巷道，支護破壞較大，巷道層位完全處在煤層頂板段的巷道基本無變化。根據巷道所處層位，巷道支護破壞段圍巖硬度為3，屬于松軟型。巷道原支護采用的是錨桿規格為φ20×2250毫米螺紋錨桿，網為1×10米的鐵絲網，頂板每排布置2組錨索，規格為φ15.2×6200毫米的強力鋼絞線，兩根一組的組合錨索，托梁為3米長的12#槽鋼。在此種支護情況下，巷道在使用過程中，由于巷道來壓，在1年的周期內，頂板出現0.3-0.7m的下沉，幫部位移量在0.4m左右，頂幫出現網包離層，底板出現0.5-0.8m不等的底鼓，巷道斷面收縮較大，因此必須進行擴巷維修，造成巷道返修率高。同一段巷道經過多次維修后，巷道圍巖的松動圈越來越大，給支護帶來了較大的難度。從巷道原有錨網支護的失穩、破壞形式看，大部分錨網支護巷道的失穩、破壞都以支護承載結構的結構性失穩為主。在特定的條件下，影響支護承載穩定性的主要因素可歸結為兩大方面，一是支護材料的強度；另一方面則是由支護承載結構的自身穩定性所決定。對支護承載結構而言，其失穩、破壞首先發生在支護結構實際受力超過其許用應力的危險截面（薄弱部位），并隨著破壞區域的非線性擴展，最終導致支護承載結構整體失穩。因此，在巷道支護設計中，針對特定的條件，如果是支護材料強度方面的原因，則應提高支護材料的強度；如果是支護承載結構本身穩定性差，則應分析引起巷道支護承載結構失穩破壞的原因，采取相應措施，在確保支護材料自身強度的前提下，對支護承載結構存在的薄弱部位進行加強，提高支護承載結構的穩定性。在直墻半圓拱巷道錨網支護承載結構實際承載過程中，幫部梁結構是頂部拱結構的基礎。為適應巷道圍巖變形特征，提高錨桿支護承載結構的穩定，應采取相應措施首先加強兩幫梁結構的穩定性。同時根據巷道圍巖的變形特點和錨網支護承載結構的穩定性，采用錨索對錨桿支護進行加強。其重點是根據支護結構補償原理，合理確定加強支護位置。支護加強位置的合理選擇，是基于結構補償后能大幅降低支護結構的不均勻變形，提高支護結構的整體穩定性。根據巷道圍巖條件和巷道圍巖變形特征，采用錨索進行結構補償，防止錨網支護承載結構的不均勻變形，提高錨網支護承載結構整體的穩定性。

2 維修加固方案

2.1 施工工藝 巷道經過擴巷維修達到設計斷面后，先對巷道進行混凝土初噴，控制圍巖的塑形變形，盡量減少圍巖的裸露時間，降低圍巖的風化，使本就脆弱的圍巖不至于很快松動剝落。初噴后按正常支護順序進行錨網索噴支護，最后對巷道全斷面注漿，繼續對松動及破碎圍巖進行加固，利用漿液將松散破碎的圍巖膠結成整體,提高圍巖自身的強度，使其承載力增強，最大程度上發揮其整體的穩定性。

2.2 支護參數 錨桿規格為φ20×2250mm螺紋錨桿，護表為1×2米的鋼筋網，巷道頂板每排布置5組錨索，兩幫各布置一組錨索，錨索為φ17.8×6200mm的鋼絞線，兩根一組的組合錨索，托梁為3m長的18#槽鋼，每兩排錨桿之間在拱間、底腳各補打一根加強錨桿，巷道全斷面噴漿，封閉噴射混凝土所用的水泥標號為425＃硅酸鹽水泥，砂子為中粗砂，石子粒徑為6～9mm的碎石，其配合比（重量比）為1：2：2，水灰比為0.45，速凝劑摻量為不少于水泥用量的3%，不大于水泥用量的5%。全斷面注漿，注漿錨桿采用4"的鋼管，長度1.5米，注漿錨桿的間排距為1.6×1.6米，與螺紋桿錨桿插空布置。

2.3 方案特點 增加布置的頂底角錨桿，降低了巷道拱間容易破壞變形的程度，特別是在圍巖松軟，巷道成形差的巷道中，增加布置的頂底角錨桿與正常布置的頂底角錨桿組成的間距為0.4m的密集支護區，基本消除了巷道拱間的支護薄弱點，從整體上提高了支護強度。護表采用的鋼筋網，有效的增加了護表能力，提高了支護強度。錨索為φ17.8×6200毫米的強力鋼絞線，兩根一組的組合錨索，托梁為3米長的18#槽鋼的錨索支護，同時增加布置幫錨索，從整體上增加了支護強度，提高了支護效果。采用全斷面注漿，注漿后漿液將松散破碎的圍巖膠結成整體，從而提高了巖體的自身強度，有效的提升了巖體的力學物理性質，從而實現利用圍巖自身作為支護結構的重要部分，充分提高圍巖的自承能力。

2.4 方案施工要求 在巷道施工時巷道尺寸必須達到設計要求；錨桿，錨索位置、角度嚴格按照設計要求施工；錨桿，錨索孔一定要吹洗干凈，嚴禁使用變質的樹脂錨固劑；錨桿和錨索角度垂直巖面；鋼筋網與圍巖間一定要噴嚴噴實；為了保證施工質量，須對錨固力進行抽檢，抽檢不合格的錨桿索，必須在其周圍補打合格的替代錨桿索；錨索安裝兩天后，如發現預緊力下降，必須及時重新張拉；錨網支護施工質量檢查合格后方可噴漿。

3 結論

采用此種復合支護的巷道，在巷道使用中，巷道來壓對巷道的支護破壞不大，巷道形變不明顯，但局部會出現漿皮開裂現象，部分底板會出現底臌，在使用中，通過及時敲掉開裂漿皮，進行小范圍的起底處理，就能保證巷道的正常使用，且上述維修成本較低。此種復合支護方式的缺點是初次投資較高，但在單位時間內巷道的返修率大幅下降，總體上衡量，總投資成本還是有所降低，對于圍巖狀況較差的區域，巷道維修中使用此種支護方式能起到較好的效果。

[1]王擁軍,馬巖.高地壓軟巖全過程支護的應用[J].能源技術與管理，2007(06).

[2]王良,張強.大斷面軟巖巷道支護技術淺析[J].江西煤炭科技，2009(03).

[3]張立新.基于巖石強度理論計算的軟巖巷道支護方法[J].中國礦業，2010(02).