陳燦亭 程 政 宋曉寒 薛華俊

(1．鄭州煤炭工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，河南鄭州 450000; 2．中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083)

深井巖巷二次錨噴支護(hù)技術(shù)研究

陳燦亭1程 政1宋曉寒1薛華俊2

(1．鄭州煤炭工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，河南鄭州 450000; 2．中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083)

基于快速掘進(jìn)施工角度考慮，對現(xiàn)場施工提出了二次錨噴支護(hù)技術(shù)，現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明，該技術(shù)可以減少首次錨噴支護(hù)作業(yè)的工作量，減少迎頭支護(hù)作業(yè)的時(shí)間，采用二次支護(hù)后，不僅西四軌道平巷掘進(jìn)速度提高了近30%，也解決了深井巷道的圍巖支護(hù)難題。

深井巖巷，優(yōu)化支護(hù)，快速掘進(jìn)，二次錨噴支護(hù)

0 引言

隨著開采深度的增加，深部圍巖處于高地應(yīng)力和圍巖性質(zhì)復(fù)雜多變的環(huán)境中，對支護(hù)工藝和材料、施工質(zhì)量要求很高，傳統(tǒng)的一次錨噴支護(hù)技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)不能夠滿足深部軟巖巷道的支護(hù)要求，巷道圍巖破壞嚴(yán)重。為此，廣大學(xué)者提出了二次支護(hù)的方法。所謂二次支護(hù)就是開巷以后分兩次(有時(shí)可三次或多次)對巷道進(jìn)行支護(hù)，又稱為先柔后剛支護(hù)。一次支護(hù)的目的在于及時(shí)封閉和隔離圍巖以防止巷道周邊懸露面上個(gè)別巖石脫落，同時(shí)又對巖石初期位移給以一定限制，因此支護(hù)應(yīng)在開巷后盡早進(jìn)行。但“支架—圍巖”系統(tǒng)的力學(xué)平衡并不能在一次支護(hù)的作用下完成，故圍巖在一次支護(hù)的作用下，允許產(chǎn)生一定的變形量，從而使部分圍巖內(nèi)部能量得以釋放，二次支護(hù)待圍巖變形和能量釋放到一定程度后進(jìn)行。二次支護(hù)的目的在于促使圍巖進(jìn)一步趨于平衡，以保證巷道使用期間穩(wěn)定性和確保工作安全［1-4］。

1 工程概況

李糧店煤礦位于河南省新鄭市和莊鎮(zhèn)寺前劉村南，屬于年產(chǎn)量240萬t的在建大型礦井，距鄭州市約50 km，距新鄭市約11 km，交通非常便利。李糧店煤礦西四軌道平巷斷面為直墻半圓拱形，巷道凈寬5．2 m，凈高4．4 m，最初采用的支護(hù)形式為：錨桿選用φ20×2 000 mm樹脂錨桿，每根錨桿用兩卷k2350樹脂藥卷，錨桿間距700 mm，排距700 mm，三花布置;網(wǎng)片采用φ6．5 mm× 2 000 mm×1 000 mm金屬網(wǎng)，網(wǎng)格 100 mm，網(wǎng)片搭接長度為150 mm，接槎處每隔300 mm用14號鐵絲連接。巷道噴射混凝土厚度設(shè)計(jì)為150 mm。采用“二次錨噴支護(hù)技術(shù)”，其永久支護(hù)參數(shù)不變，施工機(jī)具不變，只是改變了其施工工藝和作業(yè)方式，兩次支護(hù)拱頂錨桿布置如圖1所示。

2 支護(hù)工藝研究

2．1 一次支護(hù)

由于方案中單循環(huán)進(jìn)尺達(dá)到2．0 m，最大空頂距為2．3 m～2．7 m、最小空頂距為0．3 m。為保證施工工作的順利進(jìn)行及工作面工人的安全，解決空頂距過大的問題，需要采取專門的臨時(shí)支護(hù)措施：放炮完畢之后待炮煙散盡，工作人員在班長的帶領(lǐng)下進(jìn)入工作面，用長柄工具處理掉頂板、工作面的危巖活石，再檢查放炮效果，查看是否有殘炮、瞎炮，如有嚴(yán)格按照《煤礦安全規(guī)程》第342條進(jìn)行處理，再全面檢查巷道斷面是否滿足設(shè)計(jì)要求，局部欠挖處用風(fēng)鎬或手鎬進(jìn)行處理，最后進(jìn)行第一次支護(hù)。

第一次支護(hù)只施工拱頂錨桿，采用“五花”布置先打第一排錨桿，錨桿間距1 400 mm×700 mm(掛網(wǎng)或錨索托盤)，錨桿布置完畢之后進(jìn)行初噴，厚度50 mm，拱部及兩幫必須全部噴漿封閉。

2．2 二次支護(hù)

第二次支護(hù)在距迎頭30 m之后，大約滯后7 d～10 d進(jìn)行。第二次支護(hù)主要完成巷道拱頂錨桿、幫部錨桿和復(fù)噴成巷工作。進(jìn)行巷道二次支護(hù)作業(yè)施工，需要工人搭建臨時(shí)施工作業(yè)平臺進(jìn)行錨桿施工。臨時(shí)施工作業(yè)平臺可以借助于皮帶機(jī)和礦車進(jìn)行搭建。若皮帶距離巷道幫部較近，作業(yè)空間不夠，可以把臨近皮帶一側(cè)的巷道幫部錨桿在耙矸機(jī)前部進(jìn)行;若能平移耙矸機(jī)，留出作業(yè)空間為好。

1)頂錨桿布置：補(bǔ)打拱頂錨桿，補(bǔ)打間排距為1 400 mm× 1 400 mm，最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求：間排距為700 mm×700 mm。2)幫錨桿布置：兩幫采用螺紋鋼錨桿，兩幫錨桿每排各打兩根，呈矩形布置。3)復(fù)噴厚度為100 mm，最終達(dá)到設(shè)計(jì)支護(hù)厚度150 mm，符合巖巷質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的要求。

3 二次支護(hù)的施工質(zhì)量要求

1)初期支護(hù)。采用初噴作臨時(shí)支護(hù)。初噴厚度不小于50 mm，初凝20 min后進(jìn)行打、安錨桿及拼裝。錨桿間排距一般為1．0 m ～1．6 m。

2)一次支護(hù)。按作業(yè)規(guī)程規(guī)定的距離和噴漿厚度完成第一次噴漿支護(hù)。第一次支護(hù)必須進(jìn)行拉線噴漿，在拱頂、拱肩、拱基處拉線，不少于5條，使巷道成形光滑、平整、無急角。錨桿錨固力巖層中不小于130 kN，煤層中不小于70 kN，預(yù)緊力均不小于400 N·m。錨桿外漏長度為20 mm～50 mm。網(wǎng)間10號鐵絲扭結(jié)，間距200 mm。錨桿眼必須符合設(shè)計(jì)要求，與巷道輪廓線或巖層面的夾角不得小于75°。安裝錨桿前用牙縫將錨桿孔吹干凈，盡量將巖面找平，使托盤緊貼巖層面。錨固劑必須裝填至眼底，攪拌時(shí)間40 min，完畢后用專用探測桿檢查錨固段位置，錨固段距眼口深度不大于1．2 m，不小于0．9 m，若不符合要求必須及時(shí)補(bǔ)打。一次噴漿厚度達(dá)不到要求，嚴(yán)禁進(jìn)行二次支護(hù)。在一次噴漿支護(hù)時(shí)，要將里層錨桿拴鐵絲引出噴層之外，作為布置外層錨桿的標(biāo)志，并用作二次支護(hù)時(shí)拴金屬網(wǎng)。

3)二次支護(hù)。一般在距迎頭50 m～100 m(時(shí)間在20 d～30 d左右)的范圍內(nèi)進(jìn)行(具體距離由各礦根據(jù)巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律在作業(yè)規(guī)程中規(guī)定)，二次支護(hù)的錨桿要按里層錨桿所留標(biāo)志五花布置。安裝二次錨桿時(shí)用托盤把網(wǎng)壓緊，并用預(yù)留的鐵絲拴網(wǎng)。網(wǎng)與網(wǎng)之間每隔200 mm扭接一處，然后噴漿蓋網(wǎng)。二次噴漿厚度為20 mm～40 mm，要起到防銹作用。

4)兩幫最下邊的一排錨桿，距底板距離不大于200 mm，必須呈30°～45°打入。

5)兩幫噴漿必須有不小于100 mm的基礎(chǔ)(設(shè)計(jì)有水溝一側(cè)除外)，噴射混凝土前，必須清洗巖幫，清理浮巖，噴射均勻，無裂隙，無“穿裙，赤腳”現(xiàn)象，噴射混凝土強(qiáng)度不低于C18，噴漿后嚴(yán)格灑水養(yǎng)護(hù)噴層。

6)永久水溝的施工。a．迎頭掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)把水溝一并打眼放炮帶出。b．在一次支護(hù)段，要把水溝荒斷面掘出。c．永久水溝施工要在二次支護(hù)后進(jìn)行?？肯飵鸵粋?cè)必須補(bǔ)打一排錨桿，金屬網(wǎng)要壓入最下一排錨桿，然后澆筑水溝混凝土。

每班對所打錨桿抽樣進(jìn)行錨固力檢查，試驗(yàn)后，應(yīng)及時(shí)重新擰緊螺母;如果發(fā)現(xiàn)錨桿失效應(yīng)及時(shí)重新補(bǔ)打。

4 巖巷錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

李糧店西四回風(fēng)大巷設(shè)計(jì)采用錨網(wǎng)噴支護(hù)形式，錨桿間排距為700 mm×700 mm，錨桿規(guī)格為φ20×2 400 mm螺紋鋼錨桿，錨桿墊板規(guī)格長×寬×厚=120 mm×120 mm×10 mm，網(wǎng)片采用φ6．5 mm×2 000 mm×1 000 mm金屬網(wǎng)，網(wǎng)格100 mm，網(wǎng)片搭接長度為150 mm。

網(wǎng)在支護(hù)結(jié)構(gòu)中的作用主要體現(xiàn)圍護(hù)錨桿間的圍巖，防止小塊松散巖石掉落，也可用作噴射混凝土的配筋;同時(shí)，被錨桿拉緊的網(wǎng)還能起到聯(lián)系各錨桿組成支護(hù)整體的作用。各種網(wǎng)負(fù)擔(dān)的松散巖石的荷載主要取決于錨桿間距大小。可見，在完整性較好的頂板條件下，網(wǎng)的作用可以忽略。另外，對鐵絲網(wǎng)的施工耗掉大量施工時(shí)間，制約了支護(hù)速度的提高，間接影響了巷道掘進(jìn)速度。

通過調(diào)研和現(xiàn)場試驗(yàn)，在頂板條件較好的地段，采用大托盤替代網(wǎng)和小墊板的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，大托盤為錨索用的400 mm× 400 mm×10 mm的托盤，如圖2所示。

圖2 支護(hù)結(jié)構(gòu)

采用新的支護(hù)結(jié)構(gòu)后，支護(hù)強(qiáng)度不僅得到了提高，而且支護(hù)的施工速度較錨網(wǎng)噴支護(hù)速度有了顯著提高。

5 結(jié)語

李糧店煤礦西四軌道平巷通過現(xiàn)場試驗(yàn)，重點(diǎn)對巖巷的二次錨噴支護(hù)工藝技術(shù)進(jìn)行了研究，二次錨噴支護(hù)技術(shù)不僅對西四軌道平巷深部圍巖支護(hù)效果顯著，圍巖變形較小，而且掘進(jìn)速度提高了近30%;并且通過對原來的支護(hù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化，在頂板條件較好的巷道地段，采用大托盤替代原來的錨桿墊板和鋼筋網(wǎng)，不僅提高了支護(hù)強(qiáng)度，而且加快了支護(hù)速度，保證了安全生產(chǎn)，效益明顯。

［1］劉 高，王小春，聶德新．金川礦區(qū)地下巷道圍巖應(yīng)力場特征及演化機(jī)制［J］．地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2002，13(4)：40-45．

［2］夏永軍，楊慧明，唐 兵．煤巷炮掘過程圍巖應(yīng)力場演化規(guī)律的數(shù)值研究［J］．礦業(yè)安全與環(huán)保，2010，37(3)：1-4．

［3］王光穎．巷道圍巖應(yīng)力場分布分析方法探討［J］．煤炭科學(xué)技術(shù)，2003，31(7)：44-46．

［4］郭喜峰．復(fù)雜地質(zhì)條件巖體應(yīng)力場分析研究［D］．武漢：長江科學(xué)院，2009．

Technology research on secondary bolt-shotcrete support in deep rock roadway

CHEN Can-ting1CHENG Zheng1SONG Xiao-han1XUE Hua-jun2

(1．Zhengzhou Coal Industry(Group)Co．，Ltd，Zhengzhou 450000，China; 2．School of Mechanics＆ Civil Engineering，China University of Mining＆ Technology(Beijing)，Beijing 100083，China)

According to rapid excavation，this paper puts forward secondary bolt-shotcrete support to field construction．The results showed that secondary bolt-shotcrete support technology could reduce the workload of first bolt-shotcrete support and the time of driving face support．Secondary bolt-shotcrete support could not only improve 30%of Xisi track driving speed，but also solved the difficult problem of deep roadway．

deep rock roadway，optimized support，rapid excavation，secondary bolt-shotcrete support

U455．482

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.010

1009-6825(2013)10-0062-02

2013-01-30

陳燦亭(1966-)，男，高級工程師; 程 政(1978-)，男，工程師; 宋曉寒(1987-)，男，助理工程師;薛華俊(1989-)，男，在讀碩士