巷道布置在火山灰沉積巖中支護技術的改進及施工

龍繼紅

（中鼎國際建設集團有限責任公司）

巷道布置在火山灰沉積巖中支護技術的改進及施工

龍繼紅

（中鼎國際建設集團有限責任公司）

印度尼西亞朋古魯煤礦主、副斜井布置在火山灰沉積巖和回填土中，原設計采取澆灌鋼筋混凝土支護，支護厚度400mm。后改為U型支架、錨、網、噴聯合支護，支護厚度200mm。由此減少了工程量、縮短了工期、節約了成本、確保了安全，使用效果良好。

軟巖巷道；支護技術改進；巷道施工

1 概述

朋古魯煤礦位于印度尼西亞蘇門答臘島南部朋古魯省中部縣，距省城朋古魯市45km。礦區面積984.6hm2，該井田煤層沉積屬第三紀，沉積時代較新且地層不穩定。區內地層為穹窿構造，傾角0～25°。礦井開采區域內地層為單斜構造，在走向上由幾組較平緩的向背斜組成復合型褶皺構造。區內地質構造簡單，煤層連續性較好，未發現斷裂構造。局部地方有火成巖呈柱狀侵入，淺部有大量的火山灰沉積巖，對巷道的開拓有較大的影響。

礦井采用片盤斜井的開拓方式。主、副井施工時均遇到回填土和火山灰沉積巖，此圍巖巖性為泥巖和泥質粉砂巖，巖層松軟、節理裂隙發育、膠結力極差、遇水極易膨脹、具有較強的流變性。巷道施工時從井巷各個方向發生嚴重的擠出性變形，產生巨大的位移壓力，導致原施工的井巷鋼筋混凝土支護均出現了開裂，下沉，嚴重變形等現象。由于礦山井巷受到地質賦存條件和國外開采條件的制約，通過現場分析，采用U型支架、錨、網、噴聯合支護，解決了巖巷過回填土和火山灰沉積巖的支護難題。

2 原來的支護方式

朋古魯煤礦設計主、副井為斜井，風井為立井的開拓方式。由于國外煤礦受開采條件的制約，井口設計位置為回填土，主斜井全長480m、副斜井360m大部分布置在火山灰沉積巖中，巷道設計斷面為半圓拱，支護后凈斷面尺寸為3000mm×2800mm。支護方式為澆灌鋼筋混凝土，標號C30。主筋直徑20mm、間距200mm，輔筋直徑12mm、間距200mm。支護厚度400mm。永久支護采用澆灌鋼筋混凝土支護存在以下缺點：

（1）由于火山灰沉積巖巖層松軟、節理裂隙發育、膠結力極差、遇水極易膨脹、具有較強的流變性。致使巷道澆灌鋼筋混凝土還未達到標號強度時支護均出現了開裂，下沉，嚴重變形等現象。

（2）施工工期長。掘出斷面后，拱胎的組裝、裝模、布筋、澆灌、養護、拆模等時間長。影響開拓進度。

（3）成本高，材料消耗大。拱胎制作需要大量的坑木；設計中主筋、輔筋的間距均為200mm，鋼材消耗大；混凝土厚度為400mm，消耗混凝土多。而采用新型支護，支護厚度可以控制在200mm左右，可減少水泥、河砂、碎石等材料的用量。

（4）勞動強度大，環節多，工序復雜。拱胎組裝木料多，井下空間小，組裝拱胎重量大，移動不易；澆灌混凝土厚度大，作業空間小，上料不易，還需多人員作業。

為了達到工期短、成本低廉和安全可靠的目的，必須對原支護設計進行修改。

3 支護參數確定

3.1 按工程類比法確定

拱頂錨桿的長度取決于工程的跨度。參照有關資料，軟巖中巷道拱頂中心處的錨桿長度與巷道跨度之比一般在0.5～0.7倍之間，取中限0.6。巷道最大跨度為3400mm，則該處錨桿長度應為2040mm，實際取為2200mm。錨桿間、排距應為錨桿長度之半，但由于火山灰沉積巖遇水極為膨脹，故均取為800mm。錨桿桿體用A3螺紋鋼，直徑為18mm。

邊墻錨桿長度取決于巷道開挖高度。開挖高度大，開挖巷道圍巖應力亦大，錨桿應加長；反之，巷道下部直到基腳應力較小，錨桿可取短。該處錨桿長度一般取為最大開挖高度的0.1～0.5倍之間，取0.4。巷道最大開挖高度為3200mm，該處錨桿長度取為1300mm。

3.2 按巷道圍巖松動圈理論確定

巷道圍巖為火山灰沉積巖，巖層松軟、節理裂隙發育、膠結力極差、遇水極易膨脹、具有較強的流變性。為IV類較不穩定圍巖。松動圈厚度在150～200cm。取錨桿長度為2200mm，安裝后穿出松動圈以外200mm，可以達到加固松動圈和對頂板起懸吊作用的目的。

綜合上述用兩種方法確定的支護參數，再考慮到火山灰沉積巖極易膨脹（通過實際觀測膨脹時間在1～3d），用錨、網、噴支護缺少骨體支架，在支護體沒有達到支護強度之前不能抵抗火山灰沉積巖遇水膨脹的壓力，再加上主、副井是永久工程支護時間較長的需要，最終確定U型支架（作為骨架，棚距為800mm/架與錨桿安裝位置錯開）、錨、網、噴聯合支護的參數。改進后的支護斷面半圓拱形（見圖1）。

圖1 巷道支護斷面示意圖

拱頂錨桿支護仍采用以工程類比法確定的參數。邊墻錨桿支護參數改為與之完全相同。拱、墻錨桿均用2卷樹脂錨固劑作端頭錨固。局部松軟破碎區改作全長錨固。U型支架、錨桿、鋼絲網的參數亦仍按工程類比法確定。錨桿安裝前先初噴50mm混凝土作為封閉和臨時支護。待U型支架、錨、網支護后再復噴150mm混凝土。噴射混凝土標號為C20。

4 施工工藝

巷道施工采用正臺階先拱后墻的施工方法，掘進毛斷面寬3.4m、高3.2m。

（1）將正臺階一次提高1.6m開挖拱部高1.6m，進度1.0m到位后，立即進行初噴。再開挖兩邊墻，到位后也進行初噴。

（2）用石灰水按間、排距800×800mm畫好方格網，在方格網交叉點上安裝錨桿并掛好網，再與錨桿錯開位置架好U型支架。

（3）U型支架、錨、網支護后復噴。累計噴射厚度200mm。噴后灑水養護7d。

（4）支護長度達到30m時，在巷道底板架U型支架處安裝好地梁，然后澆灌200mm厚的混凝土防止底鼓。

5 施工體會

（1）軟巖巷道（特別是火山灰沉積巖）施工必須按照光面爆破要求，周邊眼距嚴格控制在300mm內，少裝藥確保圍巖的完整，以策安全。

（2）巷道施工除裂隙發育外，在最后掘進過程中還遇到兩條小斷層。為避開順著斷層面及裂隙面安裝錨桿，須采用穿斷層、裂隙面安設錨桿的方法。因此，錨桿的設計和安裝有些不同。

（3）拱、幫局部超挖處不能用木片、竹簾填塞，而要用噴射混凝土填平，不能留下安全隱患。

（4）采用新設計的掘進支護方式施工進度快，及時封密圍巖，確保安全。按原設計施工月進度最多30m，而采用新設計施工月進度可達到70m，節約施工時間9個月。

（5）采用U型支架、錨、網、噴支護節省材料，降低成本。不采用澆灌鋼筋混凝土支護，就可以節省拱胎和模板等坑木360m3、鋼材78t、混凝土920m3，節約費用350萬元（按印度尼西亞當地材料單價估算）。此外還大大減輕了員工的勞動強度。此工程經中鼎國際建設集團有限責任公司檢查驗收為優良品，受到上級好評。

TD263

A

1004-7344（2016）09-0299-02

2016-3-12

龍繼紅（1967-），男，工程師，大專，主要從事煤礦安全生產管理工作。