錨網噴巷道防噴漿體離層施工工藝設計與應用

李心愿

（河南能源義煤公司石壕煤礦，河南 三門峽 472100）

軟巖巷道的維護一直是煤礦生產的難題，錨網噴支護既充分發揮了噴射混凝土的作用，又發揮了錨桿的作用，在網的作用下使圍巖具備較高的柔性和較大的允許變形量。但在軟巖支護中，混凝土噴漿層在支護過程中所起的作用是剛性支護的作用，當變形量超過其變形極限，噴漿層就會產生裂縫，巷道繼續變形到一定量，噴漿層就會與巷道圍巖接觸面分離，繼而出現噴漿層不同形狀、不同面積的破裂面，如果處理不及時，將可能產生離層垮落，失去支護作用，嚴重威脅礦井生產安全。

1 工程概況

石壕煤礦14區回風巷200m處穿過三軟巖層，巷道原支護方式為錨網噴支護，施工工藝為傳統的不防噴漿體離層的掘（掘進）、錨（打錨桿、索、掛金屬網）、噴（噴混凝土）施工工藝，巷高4.5m，寬5.5m，為直墻半圓拱斷面。施工工藝斷面圖如圖1所示。錨桿間排距為800mm×800mm，錨索間排距為1200mm×1600mm。在礦壓作用下，巷道頂、幫變形產生噴漿體離層，進而巷道變形嚴重，給巷道運輸、行人等造成了重大隱患。

圖1 14區回風巷舊施工工藝斷面圖

2 錨噴巷道預防離層施工工藝的設計及機理

2.1 錨噴巷道預防離層施工工藝

針對14區回風巷噴漿層的離層現象，采取了以下設計方案：將原先巷修作業的處（處理離層）、錨（打設錨桿、索、掛網）、噴（噴混凝土）、注（壁后注漿）的施工流程改變為處（處理離層）、噴（噴混凝土）、錨（打設錨桿、錨索、掛網）、噴（噴混凝土）、注（壁后注漿）的施工流程。具體工藝為：將巷道離層處理掉之后，先噴漿，預留20mm不到最終噴厚，然后再打錨桿、索、掛網，然后在錨網層的外表再淺噴一層混凝土，防止金屬網氧化破損，最后進行壁后注漿，填充圍巖松動圈，盡可能地增強圍巖主動支護能力。巷修作業后巷道斷面圖如圖2所示。

圖2 14區回風巷防離層施工工藝斷面圖

2.2 錨噴巷道預防離層工藝機理

先噴主體噴漿層，在主體噴漿層外打設錨桿、索掛網，充分利用錨桿、錨索主動支護的能力，把噴漿層與巷道圍巖更加緊密結合在一起，使主體噴漿層的支護能力與錨桿、錨索的支護能力充分疊加，指向巷道圍巖，可有效阻止主體噴漿層受壓脫落。巷道錨網層外的薄噴漿層由于厚度20mm（略大于金屬網厚度+金屬網與巷道壁縫隙厚度）左右，主要起到防止金屬網層氧化破損的作用。

原先的施工工藝巷道受力分析如圖3所示，錨桿通過托盤對圍巖的擠壓力為f1，錨索通過托盤對巷道圍巖的擠壓力為f2，噴漿層對圍巖的支撐力為f3，而巷道圍巖對噴漿層的擠壓力為f4，巷道表層錨桿、錨索、噴漿層對圍巖的總支護力為f1+f2+f3。f3小于f4時，巷道噴漿層就會產生變形，進而產生離層，從而導致噴漿層對圍巖的支撐力降為零，而對圍巖的總支撐力下降為f1+f2，從而降低巷道整體支撐力，巷道將進一步變形，進而巷道失修。

圖3 原巷道支護力學分析示意圖

防離層新施工工藝巷道受力分析如圖4所示。防離層施工工藝的使用，使錨桿支撐力f1與錨索支撐力f2共同作用在主噴漿層（初噴層）上，巷道表層錨桿、錨索、噴漿層對圍巖的總支撐力仍為f1+f2+f3，但巷道圍巖對噴漿層的擠壓力f4由f1+f2+f3共同抵擋，巷道噴漿層將更加穩固，不易產生離層，從而巷道總體支撐力不易下降，巷道支護強度提高。

圖4 防離層巷道支護力學分析示意圖

3 施工技術要求和安全事項

（1）處理噴漿離層

處理噴漿離層，在施工過程中先用長柄工具進行敲幫問頂，處理掉離層活矸。之后，根據巷道高度，搭設好操作平臺，施工人員站在操作平臺上，使用風鎬配合鋼釬將未敲落的噴漿離層處理掉。

安全措施：①要有一名有經驗的老工人觀頂，防止處理離層過程中離層傷人。②操作平臺搭設要牢固、平穩。③施工地點前后要設置警戒，處理離層過程中嚴禁人員從施工點下方通過。

（2）初次噴漿

初次噴漿，達到主體噴漿層設計厚度，既可以起到臨時支護的作用，防止作業過程中發生頂板事故，也可以填滿離層處理后活矸脫落的巷道坑面，為后續打錨桿、錨索、掛網做到緊貼巷道壁創造條件。

初次噴漿技術要求：①噴混凝土前要先用高壓水沖洗待噴巖面，確保混凝土層與巷道面有效粘合。②初噴混凝土層厚度要留有后續噴漿的厚度20mm左右（略大于金屬網厚度+金屬網與巷道壁縫隙厚度）。③坑面過深一次噴漿無法達到要求時，要打錨桿、掛網再噴漿，確保達到前一項的要求。

初噴混凝土安全技術措施：①搭設好操作平臺，人員站在操作臺上作業要佩戴好保險帶，防止人員從操作臺上跌落。②作業人員要佩戴好勞動防護用品。③噴漿出料口嚴禁對人。

（3）打錨桿、掛網、打錨索、安裝注漿管

錨桿、錨索托盤都要緊貼主體噴層，金屬網搭接為100mm，每200mm用雙股鐵絲擰扎牢固。

安全技術措施：①搭設好操作平臺，人員在平臺上作業要佩戴好安全帶。②錨桿、錨索要逐根進行拉力試驗，確保每根錨桿錨索都打設合格。③錨桿打設間排距為800mm×800mm，錨索打設間排距為1200mm×2400mm，巖性破碎嚴重的位置，可適當減小錨桿錨索間排距。④操作錨桿鉆機人員要相互配合好，鉆機角度準確，鉆機要站穩，防止鉆機頂傷人員。⑤在打設錨桿的過程中，將注漿管打設安裝好，將注漿管螺絲用破布包好，可以使噴漿層充分補嚴注漿管與孔之間的縫隙，并能防止混凝土粘結注漿管螺絲，注漿管間距1.2m，排距2m。

（4）二次噴漿

二次噴漿，覆蓋錨網層，達到設計斷面，做到噴面光滑，與原巷道壁重合，達到巷道成型美觀的效果。

技術要求：①噴漿前要先用高壓水沖洗巖面，確保噴漿層之間能夠有效結合。②噴漿前預先掛線，確保噴漿面光滑，與原巷道斷面重合，巷道成型美觀。③噴漿厚度不超過20mm，確保后續不產生較大噴漿離層。④加強灑水養護，每班養護不少于1次，養護時間不低于一周。

安全技術措施：①搭設好操作平臺，人員站在平臺上作業要佩戴好保險帶，防止人員從平臺上跌落。②作業人員要佩戴好勞動防護用品。③噴漿出料口嚴禁對人。

（5）巷道注漿

充填凝結巷道松動圈之間的縫隙，使巷道圍巖充分黏結在一起，增強巷道的支護強度。

技術要求：①將注漿管附近巷道可能漏漿的裂縫用水泥抹嚴。②注漿時，巷道出現漏漿時停止注漿，用水泥將漏漿處封住，凝固好再開始注漿。③注漿機壓力急劇上升，無法繼續注漿時立即停止注漿。④嚴格按照比例配比制作水泥漿。

注漿安全措施：①注漿前要檢查注漿高壓軟管連接是否安全牢固。②注漿時，作業人員嚴禁站在注漿管接頭的正后方。③作業人員一定要佩戴好勞動防護用品。④操作平臺一定要搭設牢固，人員高空作業要佩戴好保險帶。

4 應用效果

14區回風巷三軟巖層段巷修作業錨網噴巷道實施新防離層施工工藝后，經過2年來的觀察，巷道未產生明顯變形，巷道下沉總量50mm，未出現噴漿體離層。該段巷道巷修作業后達到了良好的支護效果，徹底消除了巷道噴漿體離層這一頂板管理隱患，也節省了巷道反復維修成本。