運輸大巷過老窯影響區聯合支護技術實踐

于宏斌

摘要：針對運輸大巷巷道斷面大，穿越采空區造成施工條件復雜、施工難度大、安全威脅大等技術難點，以陳家山煤礦二三新大巷為例，介紹了錨網噴+U型鋼支架+澆注+注漿聯合支護方式通過老窯采空區影響區域的支護設計和施工工藝。

關鍵詞：運輸大巷；采空區；聯合支護；密集U型鋼支架

1 概況

陳家山煤礦平硐二三新大巷是為替代變形嚴重的原二三石門間平硐大巷而設計施工的一條運輸大巷。巷道全長1195m，坡度為+5‰，巷道凈寬5.0m，凈高3.75m，三心拱斷面，掘進斷面積21.3㎡，凈斷面積16.9㎡，支護形式為錨網索+U型鋼支架+澆注聯合支護。巷道埋深165-325 m，沿施工方向揭露巖性依次為中粗砂巖、泥巖、4#-2煤、泥質粉砂巖、細砂巖。

巷道掘進至610 m煤巷段時，巷道進入老窯采空區影響區域，此段煤層自然傾角32°，煤層層理明顯，煤厚15m左右，底煤2.5m，煤層普氏系數2-3。采空區影響區段長20m，巷道頂板距采空區僅1.5m-5m。掘進過程中出現了頂板出水且水溫過高，CH4、CO少量溢出的現象，判斷老窯采空區賦存積水并且有自燃現象。

2 聯合支護技術原理

針對穿越采空區造成施工條件復雜、施工難度大、安全威脅大等技術難點，確立了“先探后掘、短掘短支、聯合支護、及時封閉、綜合治理”的施工原則。聯合支護是首先采用錨網噴一次支護和初步封閉，再采用密集U型鋼支架（棚距400mm）作為二次支護，最后加以澆注和注漿進行加固和完全封閉，最大限度地發揮了圍巖的自承能力，實現支護一體化、載荷均勻化，達到了巷道問題和及時封閉的目的，其原理分析如下：

1）針對巷道壓力大的問題，采用錨網進行一次主動支護，能有效地控制巷道變形和防止頂板事故。初次噴漿及時封閉采空區的裂隙，防止向采空區漏風，控制采空區自燃。

2）密集U型鋼支架是巷道壓力的主要承載結構。松散應力集中圍巖體，若采用剛度很大的支護材料進行支護，將在膨脹壓力作用下導致支護失敗，若支護材料剛度過小，巷道變形不能得到有效抑制。

U型鋼可縮性支架是一種廣泛應用于礦山巷道的支護器材，具有較高的初撐力，支護強度大，當圍巖作用于支架上的壓力達到一定值時，支架便產生屈服縮動，從而避免了圍巖的壓力大于支架的承載力而導致支架的破壞。采用U型鋼可縮性支架可充分發揮其均布荷載情況下初撐力大、強度高、柔性可塑的特點。

3）巷道澆筑U型鋼可縮性支架連為一體，使作用在U型鋼支架載荷均勻分布；巷道澆筑完全阻斷了采空區與外界聯系，同時支護體與水、空氣間的聯系全部中斷，阻止銹蝕反應，保證支護體系的長期性和穩定性，避免水泥注漿滲漏跑漿。

4）巷道壁后水泥注漿，改善圍巖的物理力學性質，調動了圍巖的自身承載能力；破碎煤巖體重新膠結成一體，提高煤巖體的整體強度和穩定性；錨桿受力傳遞的可靠性和連續性得以充分發揮；覆蓋采空區自燃區域，達到防滅火效果；填充導水裂隙，防止采空區積水對支護件的破壞。

綜上所述錨網梁支護配合U型鋼可縮型支架、噴漿和巷道壁后注漿，使巷道支護體可以形成一個多層有效組合拱，即噴網組合拱、U型支架支護拱、錨桿壓縮區組合拱及漿液擴散加固拱。多層組合拱結構擴大了支護結構的有效承載范圍，提高了支護結構的整體性和承載能力，充分加大并利用了圍巖體自身的強度。

3 聯合支護施工

施工工序為探放水→掘進→錨網鎖支護→初噴→安裝支架→澆筑→注漿，循環進尺0.4m。錨網和U型鋼支架支護如圖1所示。

3.1 錨網噴支護

1）錨桿采用?20mm×2250mm螺紋鋼錨桿，間排距為800mm×800mm，使用兩節K2335型樹脂錨固劑固定，錨固長度700 mm，錨桿外露長度不得大于50 mm；網采用?6mm冷拔絲金屬網，網規格1000×2000mm，網格100mm×100mm。

2）噴漿混凝土配比為1：2：2，水泥為425#普通硅酸鹽水泥，石子粒度為5 mm，速凝劑摻量為水泥質量的2%-3%，噴漿的厚度不得小于70 mm。

3.2 架設U型鋼支護

U型棚材質選用U29型鋼，該棚分為3個部分，底寬5300mm，腰寬5000mm，凈高3750mm。支架搭接長度500mm，搭接段用3道卡纜擰緊，卡纜間距80mm，支架間距400mm，兩架之間用L50角鐵連桿連接，每架3根，兩側棚腿和頂梁各一根，頂部和兩幫用板皮背實。

3.3 澆筑

澆注混凝土配比為1：2：2，水泥為425#普通硅酸鹽水泥，石子粒度為20-40 mm，速凝劑摻量為水泥質量的2%-3%。采用模板澆筑，模板長度為2m，澆筑厚度為200mm。

3.4注漿

1）注漿孔采用矩形布置，排距為2m，每排4個孔，孔間距1.5m，孔深5m，孔徑?35mm。注漿材料為425#普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比為（0.8-1）：1。

2）注漿壓力?？紤]巷道圍巖滯后注漿加固是在圍巖應力場相對穩定后對破裂巖體的固結，注漿壓力主要用于克服漿液在裂隙中的流動阻力，同時保證實際有效擴散半徑不小于2.0m，因此注漿壓力宜控制在3.0MPa-4.0 MPa，并在施工中調整。

4 應用效果分析

為了考察聯合支護效果，觀測支護后圍巖活動規律，保證施工質量，對巷道變形位移設三個觀測點進行觀測，經過六個月的觀測，得出如下結論：

1）密集U型棚支護有效地控制了巷道變形，聯合支護完成1個月后水平平均移近量為120mm，頂板位移量為30mm，底鼓量為500mm，施工60d后，頂底板及水平位移量趨于穩定，變化很小。

2）巷道兩幫巖體在圍巖應力作用下向地板擠壓流動，使底板處于高應力場的力學環境中，底鼓明顯。

3）巷道斷面整體收縮，沒有出現明顯的局部變形破壞，支護體處于均勻受力狀態，充分發揮了U型支架的支護性能。

4）巷道變形沒有經過明顯的、劇烈的來壓過程，說明支架逐漸產生主動屈服縮動，使支架上的壓力來壓緩和，避免了圍巖的壓力大于支架的承載力而導致支架的破壞。

5 結論

1）巷道過采空區的支護設計必須充分考慮采空區自燃和積水的治理，綜合治理才能有效地保證巷道施工質量和安全。

2）密集U型鋼支架支護，具有更高的初撐力和支護強度，對于破碎散巖體具有很好的支護效果。

3）低壓力注漿以滲透注入為主，結合架后充填可將圍巖壓力均勻作用在U型支架上，提高圍巖強度、改善圍巖狀態，同時加強了錨網支護的整體性和協調性。

4）聯合支護技術可以將錨網噴、U型支架和澆筑注漿加固技術有機結合，充分發揮了錨網的主動支護，U型鋼可縮性支架配合壁后水泥注漿充分提高了圍巖強度和錨網支護整體性能。聯合支護技術研究的應用，較好地解決了運輸大巷過采空區的支護難題，為今后巷道過采空區及松散破碎巖體的支護做出了有意義的探索。