破碎圍巖下大斷面運輸巷過空巷支護技術

蘇國強

（西山煤電股份公司 馬蘭礦，山西 古交 030205）

西山煤電股份公司馬蘭礦生產逐漸向南翼延伸，面臨著礦井輔助運輸距離增大、軌道運輸環節多，人員出入井距離長等問題。無軌運輸系統簡單，運輸高效，適應性強，能夠較好的解決該礦當前面臨的運輸問題。該礦計劃首先在南一下組煤采區實現無軌膠輪車運輸，然后通過施工直通地面的運輸通道實現全礦井無軌化。全部工程分兩期進行，第一期工程：通過施工有軌無軌換裝硐室、存車硐室、車輛檢修硐室、車輛運輸繞道、油脂硐室，對原軌道運輸巷道進行加寬加高，硬化底板、加大曲率半徑等，實現南一下組煤采區無軌膠輪車運輸。第二期工程：從地面工業廣場施工運輸通道直達南一下組煤石門和910水平大巷，最終實現從地面至井下采掘工作面不經轉換的直接無軌運輸。

目前，南一下組煤軌道下山在擴幫的過程中，于里程120m處從910水平大巷底部穿過。交叉段面臨著巷道斷面大、層間距小、圍巖條件差以及受動壓影響等支護困難。因此，該礦需要研究新的支護方式，確保礦井安全順利生產。

1 影響交叉點支護的因素

1.1 地質因素

南一下組煤軌道下山與910水平大巷交叉點處層間距僅為4.0m，直接頂為1.85m厚的泥灰巖，其余為3.15m厚的細砂巖。目前，交叉點前后60m范圍內，頂板破碎、兩幫擠壓變形。

1.2 跨度

南一下組煤軌道下山擴幫后巷道凈寬5.5m，910水平大巷現凈寬4.8m，交叉點跨度比較大。

1.3 動壓影響

交叉點處巷道布置密集，立體交叉巷道較多，巖體原始結構破壞，再加上鄰近18301工作面回采后，準備巷道還需受一次動壓影響。

910南大巷將作為無軌膠輪車運輸巷。目前，該礦最大的無軌膠輪車是WC40Y支架搬運車，該車自重26t，再加上8#煤所用的支架多為33t重的ZY8000／26／56型液壓支架，二者總重量最大可達60t.

2 優化支護設計方案

交叉點原支護方式為錨桿架棚支護，現在已經無法滿足支護需要。因此，該礦采用了“預注漿+預埋混凝土梁+打底板錨桿、錨索+可縮性工字鋼”聯合支護的方法。

2.1 注漿

對交叉點前后頂板和兩幫破碎帶進行注漿。注漿可以將黏結劑充填于頂板和兩幫巖體的裂隙和各種弱面內，使之成為一個整體，改善圍巖的力學性能，提高巖石的穩定性。

2.2 鋪設預制混凝土梁和做人工假底

考慮到交叉點上部還要加載60t重的負荷，單純依靠錨桿、錨索和架工字鋼棚，就目前的施工條件來說，都無法保證交叉點的工程安全。因此，該礦采用在910水平大巷交叉點處縱向鋪設2道混凝土梁，將上部額外負荷通過梁傳導到兩邊實體煤柱上，這樣可減少交叉點的頂板壓力。混凝土梁施工圖見圖1.

圖1 混凝土梁施工圖

若單純依靠梁來承擔上部額外負荷，梁的橫截面積會很大，不僅給施工帶來不便，也造成了浪費。因此，該礦在混凝土梁上施工了1層500mm厚人工假底。人工假底可將集中載荷轉化為分布載荷，將一部分力分擔到圍巖上，利用圍巖的自承力，減小混凝土梁的受力。具體參數確定如下：

1）混凝土梁長度確定。

式中：L—混凝土梁長度，m；

φ—巖體的內摩擦角，（°），取45；

a—南一下組煤軌道下山巷寬，m，取5.5；

h—南一下組煤軌道下山巷高，m，取3.5.

計算得：L≥8.4m，取L=11.0m.

2）混凝土梁截面尺寸、配筋率確定。

a）根據《混凝土結構設計規范》規定，確定混凝土梁參數。

結構安全等級：1級

混凝土強度等級：C35

混凝土軸心抗壓強度：fc=16.7N／mm2

混凝土軸心抗拉強度：ft=1.57N／mm2

正截面混凝土極限壓應變：ξc=0.0033

鋼筋強度等級：HPB235縱筋

抗拉強度：fy=235MPa

彈性模量：E=2.1×105N／mm2

彎矩設計值：混凝土受力分析時忽略圍巖的作用力，按照梁承受的最大力考慮。無軌膠輪車軸距為7.5m，巷道跨度為5.5m，當前輪位于梁的中心時，梁的彎矩最大。混凝土梁受力示意圖見圖2.

圖2 混凝土梁受力示意圖

矩形截面高度：混凝土梁高跨比一般為h／L=1／12～1／8，取1000mm.

矩形截面寬度：混凝土梁寬高比為1／2.5～1／2，取500mm.

鋼筋合力點至截面近邊的距離：50mm.

b）截面設計與截面復核。

截面受壓區高度：

求縱向受壓鋼筋面積As：

配筋率驗算：

規范要求最小配筋率ρmin=（0.2%，45×ft／fy%）=0.3%

按As=Pminbh=1500mm2配筋

最終確定，混凝土梁長×寬×高=11000mm×500mm×1000mm，混凝土標號C35，采用單層鋼筋，配筋率不得小于1500mm2.兩道混凝土梁間距3500 mm（WC40Y支架搬運車車輪間距），鋼筋混凝土縱梁通過鉸接梁與預埋在混凝土梁中的鋼板焊接形成一個整體。

3）施工底板錨索、錨桿。

施工底板錨索、錨桿，對下部巖體進行懸吊，還可以對下部巖體形成擠壓加固作用，防止巖體離層和破碎，增強圍巖的穩定性。

4）交叉點下部采用架棚支護。棚梁為11#可縮性工字鋼，棚距500mm.

交叉點周圍巷道密集，上部經常有膠輪車通過，而且鄰近18301工作面正在回采，容易受到動壓影響。可縮性工字鋼棚允許頂板有一定程度的變形量，利用圍巖自身的穩定性，削弱了動壓的影響。

3 結 論

根據馬蘭礦南一下組煤軌道下山與910水平大巷交叉點的支護經驗，分析了礦井在應對破碎圍巖下大斷面運輸巷過空巷時的支護技術。根據現場應用效果，可以得出如下結論。

1）對破碎圍巖注漿，有效地改善了圍巖的結構，提高了圍巖自承力。

2）采用鋼筋混凝土梁，可將荷載轉化到兩幫實體煤上，減輕了頂板的壓力。即使頂板垮落，漏通以后也不影響礦井正常運輸。

3）采用可縮性工字鋼棚與錨桿錨索有機結合的方式進行支護，有效地控制了破碎圍巖的變形，避免了巷道多次返修，保證了礦井的安全和連續生產，社會經濟效益明顯。

4）910水平大巷底板（穿越位置）順向鋪設2根11m長預制鋼筋混凝土梁，支護強度大，施工周期短，減少了對礦井運輸時間的影響。

采用“注漿+混凝土梁+底板錨桿、錨索+可縮性工字鋼棚”的方法可有效解決破碎圍巖下大斷面運輸巷過空巷施工、維護等難題，效果顯著。對該類巷道的支護具有很強的指導意義。

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