鋼絞線模板法混凝土復(fù)合錨網(wǎng)雙層巷道支護(hù)技術(shù)

童漢宏 劉 河

（淮河能源集團(tuán)煤業(yè)公司張集煤礦，安徽 淮南 232174）

煤礦巷道支護(hù)方式中，模板混凝土支護(hù)整體承壓大、封閉圍巖效果好、通風(fēng)阻力小、防火隔水性好、穩(wěn)固耐久，也存在抗彎性能差、不能立即承受壓力、巷道空間和時(shí)間占用長(zhǎng)、不能與掘進(jìn)平行作業(yè)等問(wèn)題。錨網(wǎng)索梁支護(hù)是點(diǎn)、線、網(wǎng)格狀不完全的面支護(hù)，強(qiáng)度受到錨索破斷力和長(zhǎng)度限制。可伸縮金屬支架支護(hù)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間一定壓力，金屬支架變形扭曲斷折的比較多發(fā)。生產(chǎn)中部分巷道因破碎、軟巖、礦壓大、埋深大等復(fù)雜條件，需要超高強(qiáng)度，長(zhǎng)期穩(wěn)定的支護(hù)，模板混凝土、錨網(wǎng)索梁噴、可伸縮金屬支架三種支護(hù)的某種單一支護(hù)方式難以滿足要求。經(jīng)研究，在錨網(wǎng)索梁或可伸縮金屬支架一次支護(hù)基礎(chǔ)上，采用專用連接桿，安裝拉緊的鋼絞線，在鋼絞線上綁扎木板模板快速成模，模內(nèi)噴射或澆注鋼筋混凝土，為巷道施工雙層一體化復(fù)合支護(hù)。雙層復(fù)合兼具混凝土和錨網(wǎng)索支護(hù)優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線、面封閉的完全面支護(hù)，可以滿足復(fù)雜條件巷道高強(qiáng)度特殊支護(hù)要求。

1 原理及工藝

二次鋼絞線模板混凝土復(fù)合支護(hù)，利用巷道錨桿、金屬網(wǎng)、鋼棚已有條件，安裝連接桿、鋼絞線，鋼絞線拉緊后一定長(zhǎng)度內(nèi)彎曲變形量小，接近同直徑鋼筋，而鋼絞線未拉緊時(shí)，可以自由穿串連接桿一頭鋼環(huán)，通過(guò)連接桿間距密度控制，使得鋼絞線拉緊后，專用連接桿間距內(nèi)彎曲變形小，模板綁扎在多道鋼絞線上，保證模板足夠的支撐力和平面性。鋼絞線綁扎模板混凝土二次復(fù)合支護(hù)的巷道，在開拓掘進(jìn)時(shí)提前根據(jù)混凝土厚度對(duì)巷道進(jìn)行斷面加寬、加高設(shè)計(jì)施工，預(yù)留出混凝土的空間。

巷道錨網(wǎng)索或金屬支架支護(hù)完成后，將圖1 所示的連接桿通過(guò)螺紋或掛鉤的方式連接固定在巷道幫頂錨桿、鋼帶、鐵絲網(wǎng)、鋼筋網(wǎng)、金屬支架上。專用連接桿一般選用Ф8～18 mm 圓鋼或螺紋鋼加工制作，連接桿長(zhǎng)度根據(jù)混凝土厚度設(shè)計(jì)要求選擇0.3～0.8 m 長(zhǎng)。螺紋連接桿一頭側(cè)面焊接一個(gè)配合巷道錨桿螺紋的螺母，掛鉤法取連接桿一頭制作彎鉤，兩種連接桿另一頭都焊接M16～M22 螺母，螺母內(nèi)安裝一頭焊有鋼環(huán)或螺母的螺栓，鋼絞線在鋼環(huán)或螺母中穿串。

圖1 三種專用連接桿加工圖

（1）錨桿螺紋連接法

將連接桿焊制的連接螺母安裝到巷道錨桿外露螺紋上，安裝一段巷道后選取同一斷面內(nèi)布置的專用連接桿，從巷道一幫最下一根連接桿的端頭螺母或鋼環(huán)內(nèi)串穿7.2～21.8 mm 鋼絞線，逐根穿過(guò)同一斷面內(nèi)專用連接桿至對(duì)幫最下部一根。使用鋼絲繩卡卡緊鋼絞線端頭，巷道另一幫鋼絞線使用拉緊裝置拉緊，在未松拉緊力前，在螺母或鋼環(huán)外使用鋼絲繩卡把鋼絞線卡緊，同樣方法施工多道鋼絞線。再用10#雙股鐵絲利用4 道以上鋼絞線，走向綁扎固定一層4 m×0.2 m×0.05 m 木板，在木板和巷道壁之間形成一個(gè)混凝土澆筑空間，采用噴射法或泵送及人力充填混凝土，并用振動(dòng)泵搗震密實(shí)。混凝土將溢出模板時(shí)，循環(huán)施工下一組模板，繼續(xù)澆注。混凝土養(yǎng)護(hù)到一定強(qiáng)度后，剪斷綁扎模板的鐵絲，拆除模板循環(huán)使用。當(dāng)模板綁扎在鋼絞線外，鋼絞線埋入混凝土內(nèi)；當(dāng)綁扎在鋼絞線內(nèi)，鋼絞線與模板一并拆除，循環(huán)使用。如圖2、圖3 所示。

圖2 矩形巷道鋼絞線綁扎大板模板原理示意圖

螺紋法連接桿除安裝支護(hù)錨桿外露螺紋上，還可以專門施工0.5～1 m 錨桿作為專用連接。

（2）掛鉤法

掛鉤式接桿一端掛鉤掛在鋼帶備用孔內(nèi)，掛在鋼帶邊沿的金屬網(wǎng)上，掛在金屬支架貼壁邊沿上，同一斷面的掛鉤連接桿另一端穿一根鋼絞線。鋼絞線兩頭下方打底板錨桿，錨桿安裝螺紋連接桿，鋼絞線在兩頭地錨桿處拉緊卡牢。同樣方法綁扎模板，澆注混凝土。

錨桿螺紋連桿和掛鉤連桿適用矩形巷道、直墻半圓拱巷道、錨網(wǎng)索梁巷道、U 型棚巷道，可以一次走向全斷面施工混凝土，還可以先兩幫、后頂板分次施工。兩幫與頂板分次施工時(shí)，兩幫部還可以采用走向安裝鋼絞線法，木板模板垂直底板綁扎，一次成模幾十米，更集中快速澆注混凝土。

2 雙層復(fù)合支護(hù)強(qiáng)度增強(qiáng)分析

現(xiàn)在的普通錨網(wǎng)索梁噴支護(hù)，錨桿支護(hù)強(qiáng)度100 kN，錨索支護(hù)強(qiáng)度250 kN，錨固力350 kN，支護(hù)強(qiáng)度上限值被限定在錨固力和錨桿、錨索破斷力極限內(nèi)，單一錨網(wǎng)索梁支護(hù)方式強(qiáng)度受上限限制，難以提高。鋼絞線模板雙層復(fù)合充填C20 素混凝土，抗壓強(qiáng)度為20 MPa，如果配制鋼筋或采用C30 混凝土，支護(hù)抗壓強(qiáng)度達(dá)到30～70 MPa。

模板混凝土在每個(gè)礦井的水倉(cāng)、煤倉(cāng)、井底硐室群多有應(yīng)用，對(duì)其支護(hù)強(qiáng)度和持久穩(wěn)定性已經(jīng)進(jìn)行了充分普遍驗(yàn)證。

以上方法對(duì)頂板兩幫復(fù)合支護(hù)后，如果底板再澆注一定厚度的混凝土，可以快速形成一個(gè)既獨(dú)立于圍巖又與圍巖構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體閉環(huán)式超強(qiáng)支護(hù)方式，如圖3 所示。

圖3 鋼絞線模板混凝土復(fù)合錨網(wǎng)雙層閉環(huán)巷道支護(hù)

鋼絞線模板整體混凝土雙層復(fù)合式閉環(huán)支護(hù)對(duì)比金屬支架閉環(huán)支護(hù)，施工難度下降很多，可靠性、耐久性進(jìn)一步提高。復(fù)合支護(hù)法顯著提高綜合支護(hù)性能，可以為深部煤炭開采、高地壓、圍巖軟巖、圍巖破碎等特殊支護(hù)要求提供一個(gè)探索方向。

3 鋼絞線模板法混凝土在長(zhǎng)壁綜采工作面無(wú)煤柱開采方面應(yīng)用

目前我國(guó)長(zhǎng)壁綜采工作面，無(wú)煤柱采煤還不能全面實(shí)現(xiàn)，如果采用鋼絞線模板混凝土工法，以高強(qiáng)度混凝土預(yù)留墻替換煤柱，能夠?qū)崿F(xiàn)大部分長(zhǎng)壁綜采工作面無(wú)煤柱采煤。工藝方法如下：工作面兩側(cè)巷道預(yù)留煤柱的幫部，掘進(jìn)時(shí)加寬0.6～1.5 m掘進(jìn)，然后在加寬預(yù)留位置采用鋼絞線模板混凝土技術(shù)施工0.6～1.5 m 復(fù)合混凝土隔離墻，相鄰下一工作面沿混凝土預(yù)留墻掘進(jìn)，用混凝土墻代替煤柱支護(hù)頂板，密封采空區(qū)， 不留設(shè)煤柱。如圖4 所示。

圖4 鋼絞線模板夾壁充填混凝土預(yù)留墻置換長(zhǎng)壁綜采工作面小煤柱應(yīng)用工法

施工工藝：首先掘進(jìn)后巷道底板挖混凝土墻基礎(chǔ)地槽，第二步固定鋼絞線，第三步綁扎模板，第四步澆注混凝土，第五步拆模。矩形錨網(wǎng)巷道固定鋼絞線有三種以上方法可選擇：一種是鋼絞線由頂板鋼帶距離幫部1 m 左右的位置穿過(guò)，鋼絲繩一個(gè)端頭卡緊鋼絲繩卡，將鋼絞線穿過(guò)3～4 根掛鉤式或螺紋式連桿，然后鋼絞線垂直對(duì)應(yīng)的底板打地錨，地錨桿螺紋安裝連接專用螺紋式連接桿，鋼絞線穿過(guò)連桿螺母，拉緊鋼絞線卡緊鋼絲繩卡；第二種是巷道幫部所有錨桿頭安裝專用螺紋式連接桿，順巷道走向穿鋼絞線，拉緊固定，對(duì)鋼絞線兩頭卡鋼絲繩卡，綁扎大板模板澆注預(yù)留墻；第三種，頂?shù)装灏惭b螺紋式連接桿，鋼絞線由頂板連桿螺母穿過(guò)，卡緊鋼絲繩卡，再穿過(guò)2～3 根掛鉤式連桿和底板地錨螺紋式連接桿，拉緊鋼絞線卡緊鋼絲繩卡，模板綁扎，混凝土澆筑。

鋼筋混凝土預(yù)留墻無(wú)煤柱技術(shù)對(duì)比現(xiàn)有的沿空留墻、切頂留巷等無(wú)煤柱工法，支護(hù)強(qiáng)度高、密封可靠，可與掘進(jìn)平行施工，簡(jiǎn)便易行。根據(jù)測(cè)算，兩個(gè)回采長(zhǎng)度1000 m 工作面之間，留設(shè)煤柱5～8 m寬，按照采高3 m，多回采19 500～32 400 t 煤。1 m厚的鋼筋混凝土成本對(duì)比替出的煤炭，有較大經(jīng)濟(jì)效益。

4 鋼絞線模板澆注工藝在煤倉(cāng)施工中應(yīng)用

煤礦生產(chǎn)中煤倉(cāng)、水倉(cāng)、巷道構(gòu)造帶、交叉處應(yīng)力集中區(qū)等，需要澆注混凝土強(qiáng)化支護(hù)和增強(qiáng)穩(wěn)定性，錨網(wǎng)索復(fù)合鋼絞線模板混凝土雙層支護(hù)法，在支護(hù)難度較大的巷道非常適用。以煤倉(cāng)為例，鋼絞線支撐模板混凝土技術(shù)施工法比現(xiàn)有技術(shù)更簡(jiǎn)便易行。施工煤倉(cāng)時(shí)，當(dāng)采用自上而下一掘一模，一模一澆的鋼絞線支撐模板混凝土工法，取代傳統(tǒng)的滑模或圈模拼木板模板方法。煤倉(cāng)每完成1.5 m 一模掘進(jìn)后，四周壁錨網(wǎng)支護(hù)后，錨桿端頭安裝專用連接桿，連接桿上的鋼環(huán)內(nèi)穿串Ф21.8 mm 鋼絞線，張緊并卡緊鋼絞線，形成一個(gè)閉合的圓環(huán)，三道鋼絞線綁扎一模，將200 mm 寬、50 mm 厚、適當(dāng)長(zhǎng)度的木板綁扎到鋼絞線外，綁扎模板閉合后澆注混凝土。這種工法的優(yōu)點(diǎn)是：倉(cāng)內(nèi)模板作業(yè)輕便，成模速度快，倉(cāng)內(nèi)不需要笨重的鋼滑模和緩慢的圈模作業(yè)，安全性好，工程進(jìn)度快。

圖5 鋼絞線模板夾壁澆筑混凝土建煤倉(cāng)應(yīng)用圖

5 結(jié)論

鋼絞線模板法混凝土復(fù)合錨網(wǎng)索梁或可伸縮支架雙層一體化復(fù)合支護(hù)技術(shù)，復(fù)合了混凝土和錨網(wǎng)索梁兩種支護(hù)優(yōu)點(diǎn)，互相彌補(bǔ)了另一種支護(hù)的弱點(diǎn)，解決了混凝土施工速度慢、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)空間不足、模板施工難度大、不能立即承壓、抗壓性能差等問(wèn)題，也克服了錨網(wǎng)索梁（鋼棚）支護(hù)強(qiáng)度偏低的問(wèn)題，可以應(yīng)用于深部煤炭開采，高地壓巷道，圍巖軟巖、松散等復(fù)雜條件巷道支護(hù)。