劉景河，趙術(shù)江，呂曉磊，李東發(fā)

(國網(wǎng)能源和豐煤電公司沙吉海煤礦，新疆和豐 834411)

軟巖巷道頂板支護(hù)技術(shù)實踐

劉景河，趙術(shù)江，呂曉磊，李東發(fā)

(國網(wǎng)能源和豐煤電公司沙吉海煤礦，新疆和豐 834411)

通過軟巖巷道頂板支護(hù)方式的聯(lián)合應(yīng)用，總結(jié)了一套對于形成于中生代侏羅紀(jì)、成巖時間短、膠結(jié)差、具有松散膨脹復(fù)合型軟巖的治理方法，此方法的使用既控制了巷道變形，又減少了巷修費(fèi)用，很大程度上減少了安全隱患，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，為同類圍巖條件的巷道頂板支護(hù)提供了可借鑒的經(jīng)驗。

復(fù)合型;松軟巖層;巷道支護(hù);頂板控制技術(shù)

Practice of Roof Supporting in Soft Rock Roadway

國網(wǎng)能源和豐煤電有限公司沙吉海煤礦位于準(zhǔn)葛爾盆地西北邊緣，和什托洛蓋含煤拗陷沉積盆地東段，庫倫鐵布克背斜的北翼，井田總體地勢為北高南低，屬低山丘陵地貌，標(biāo)高800～1062m。井田煤系地層為中生界朱羅系西山窯組，各煤層的頂板巖石為礫巖、中粗砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖夾層、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖為泥質(zhì)、粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層－中厚層狀構(gòu)造，常見有水平層理、緩波狀層理，巖石極軟。細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖為粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，多為泥質(zhì)充填，常見有平行、板狀、楔狀交錯層理，巖石較軟。各煤層的底板巖性為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖。泥質(zhì)粉砂巖為泥質(zhì)粉砂狀結(jié)構(gòu)，薄層－中厚層狀構(gòu)造，層理、節(jié)理發(fā)育，多泥質(zhì)充填，巖石極軟。僅個別層位以中砂、細(xì)砂、粉砂巖為底板，屬次軟巖石。

1 概況

沙吉海煤礦軌道石門為550m水平開拓巷道，上距地面約278m，巷道全長565m，掘進(jìn)斷面25.4m2，凈斷面20.01m2。巷道為半圓拱形巷道，采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)，螺紋鋼錨桿規(guī)格φ18mm×2200mm，錨桿間排距為800mm×800mm，采用菱形金屬網(wǎng)，錨索規(guī)格φ15.24mm×8000mm，錨索間排距1600mm×3200mm，噴厚150mm，強(qiáng)度C20。

軌道石門巷在掘進(jìn)約70m時，后面巷道變形嚴(yán)重，具體表現(xiàn)為底鼓、兩幫收斂、頂板下沉、噴漿皮爆皮漲裂嚴(yán)重。巷道斷面尺寸縮小約40%～70%，軌道變形彎曲，不能通車，給正常施工帶來極大的安全隱患。每隔半月就要重鋪一次，給掘進(jìn)任務(wù)的完成帶來很大難度。后雖經(jīng)2次重新修復(fù)并加大支護(hù)密度，錨桿間排距改為600mm×600mm，錨索間排距改為1600mm×2400mm，但支護(hù)效果改變不明顯，巷道仍然變形嚴(yán)重。巷道自2011年8月份開始掘進(jìn)，到2011年11月底只掘進(jìn)100m，給礦井開拓任務(wù)和全年任務(wù)的完成造成很大影響。

2 巷道破壞原因分析

軌道石門所處地質(zhì)條件復(fù)雜，軌道石門穿過的巖石大多為含水砂巖，且粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖互層，節(jié)理發(fā)育，膠結(jié)性差，巖石強(qiáng)度低，膨脹系數(shù)大，遇空氣易風(fēng)化，遇水后巖石膨脹迅速，巷道變形量大。

(1)巷道穿層掘進(jìn)，各巖層之間層理節(jié)理發(fā)育，砂巖、泥巖遇水崩解、沙化，掘進(jìn)過程中巷道漏頂片幫時有發(fā)生，造成施工困難。巷道成型差，圍巖暴露時間長，風(fēng)化變形嚴(yán)重。

(2)巷道底鼓快，造成水溝被破壞，工作面的水不能及時流出。同時巷道變形后，水溝產(chǎn)生裂隙和變形，水流不暢，通過裂隙進(jìn)入底板巖石，引起底板巖石膨脹，加劇了底板變形。

(3)巷道圍巖膨脹、軟化，打設(shè)的錨桿孔、錨索孔容易塌孔，不易安設(shè)，經(jīng)常出現(xiàn)重新打孔現(xiàn)象，支護(hù)時間長，支護(hù)效果差，施工速度慢，巷道圍巖暴露時間長，也增加了巷道變形量。

3 支護(hù)方案設(shè)計

針對以上情況，召開頂板管理專家論證會，同時結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件，制訂了新的支護(hù)方案，即在原錨網(wǎng)索支護(hù)的基礎(chǔ)上，再支設(shè)U型棚，然后進(jìn)行噴漿，即采用錨網(wǎng)索+U型棚+噴漿聯(lián)合支護(hù)方式，同時做反底拱澆灌混凝土進(jìn)行底板加固。

(1)25U型支架 U型架由3部分組成，為兩幫及拱部段組成。棚距700mm，左棚腿長度為4530mm，右棚腿長度為4780mm，棚頭長度為4950mm，棚腿與棚頭搭接長度為400mm，采用鋼制卡蘭連接，棚與棚之間用6道八號槽鋼連接，即棚頭、棚腿各2道，如圖1，圖2，圖3所示。

圖1 巷道支護(hù)斷面

圖2 A點(diǎn)放大

圖3 剛性連接示意

(2)錨桿 使用φ22mm×2700mm恒阻大變型等強(qiáng)度螺紋錨桿，錨桿間排距為700mm×700mm;藥卷使用2支 CKA2370，錨桿錨固力不低于23.5MPa，外露長度為30～50mm。破碎帶錨桿間排距縮小為600mm×600mm。

(3)錨索 采用直徑為15.24mm的低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線截制而成，錨索支護(hù)沿巷道掘進(jìn)方向橫向布置，錨索長度為8000mm，間排距為1600mm×3200mm，斷層破碎帶錨索間排距1600mm×2400mm。每組共8根錨索，每根錨索均采用樹脂藥卷 3支，依次裝入超快 (CK2370)、快(K2370)、中 (Z2370)3種藥卷，采用 φ250mm圓托盤，鋼板厚度為8mm。錨索外露長度為150～350mm，錨索要夠一排打一排。

(4)金屬網(wǎng) 采用直徑不小于3.5mm的鍍鋅鐵絲制作經(jīng)緯網(wǎng)，起拱線上部鋪網(wǎng)的規(guī)格為長×寬=2000mm×800mm，網(wǎng)格為長×寬=60mm×40mm，兩幫使用網(wǎng)的規(guī)格為長×寬=2000mm×800mm，金屬網(wǎng)要對接，相鄰兩塊網(wǎng)之間要用12號鍍鋅鐵絲聯(lián)接，連接點(diǎn)要均勻布置，間距100mm。圍巖松軟及破碎處要扣扣相連;鋼筋帶采用不低于φ10mm的圓鋼加工而成，長度為2400mm及2000mm兩種。

(5)噴漿 混凝土配比為水泥∶砂子∶石子=1∶2∶2(體積比)，水灰比0.45，水泥采用標(biāo)號為P.O 32.5普通硅酸鹽水泥，砂子為含水率4%～6%的河砂，石子規(guī)格為5～10mm，85號速凝劑摻量占水泥重量的3% ～5%(有淋水時，85號速凝劑摻量占水泥重量的6% ～10%)，拌料要嚴(yán)格按配比進(jìn)行，要攪拌均勻，嚴(yán)格工程質(zhì)量管理。

(6)反底拱加固底板 施工反底拱時，毛底板為弧形，巷道中間垂距為850mm，反底拱內(nèi)加14號槽鋼加工的拱形支架，拱形支架的長度為4950mm。拱形支架安裝時，必須與頂板U型支架逐個相對應(yīng)，跟U型支架焊接成一體，確保支架有效、可靠。

4 施工工藝

采用炮掘工藝施工，為減少圍巖暴露時間，縮短循環(huán)時間，采取短掘短支、快掘快支的方法施工，同時采用淺打眼 (炮眼眼深不超過1.0m)密打眼的爆破方法，循環(huán)進(jìn)尺0.8m。

工藝過程:放炮成型→臨時支護(hù)→打設(shè)錨桿→鋪設(shè)金屬網(wǎng)→掛設(shè)鋼筋帶→緊固錨桿→初噴→架棚(打錨索)→復(fù)噴成巷→加固底板。

為防止圍巖風(fēng)化，放炮后，及時敲幫問頂，刷幫成型后，打錨桿掛網(wǎng)，然后進(jìn)行初噴，將圍巖封閉，初噴厚度為30～50mm，再架U型棚，架棚后再復(fù)噴，將U型棚噴平蓋嚴(yán)。初噴為一掘一噴，架棚距迎頭不大于3m，復(fù)噴距離不大于5m，噴射工作結(jié)束后，要進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，7d以內(nèi)每班灑水1次，7d以后，每天灑水1次，持續(xù)養(yǎng)護(hù)28d。

(1)巷道成型 炮眼打設(shè)要嚴(yán)格按作業(yè)規(guī)程操作，采用密打眼少裝藥的方法放炮，周邊眼間距不超過0.3m，掌握好炮眼角度，周邊眼底不得超過巷道輪廓線，爆破后及時人工刷幫刷頂，將巷道周邊刷齊順直，進(jìn)行打錨桿掛網(wǎng)等工作。

(2)打錨桿掛網(wǎng) 按照作業(yè)規(guī)程的規(guī)定，從上向下依次打設(shè)錨桿、掛網(wǎng)。錨固力不得小于110kN。凡是錨固力達(dá)不到要求的，必須重新打設(shè)錨桿，保證錨桿支護(hù)合格有效。金屬網(wǎng)要對接，網(wǎng)子要緊貼巖面，鋼筋帶要壓緊網(wǎng)片，鋼筋帶布置要盡量與巷道的走向方向垂直 (橫向布置)，錨桿托盤要壓緊鋼筋帶。

(3)初噴 打錨桿掛網(wǎng)等工作完成后要及時初噴，初噴厚度為30～50mm。初噴前要將金屬網(wǎng)內(nèi)片幫漏頂?shù)捻肥謇砀蓛粼賴姖{，初噴要達(dá)到全部封閉圍巖的目的，不得有漏噴或不噴現(xiàn)象，兩幫基礎(chǔ)深度不低于100mm，嚴(yán)禁“赤腳穿裙”現(xiàn)象。

(4)錨索打設(shè) 錨索布置形式為在拱部中線兩側(cè)偏中線800m開始打設(shè)，其他按規(guī)定的間距均勻打設(shè)。在巷道兩幫距底板0.2m處與底板夾角為45°向下打設(shè)4800mm長的錨索，所有錨索必須垂直巖面打設(shè)，錨索支護(hù)時，采用圓托盤，規(guī)格為φ250mm，錨索外露長度為150～350mm。錨索安裝后，錨索錨固力不得低于110kN，錨索滯后迎頭不得超過一個錨索排距。

(5)架棚 以上支護(hù)完成后，架設(shè)U型棚。工序過程為:首先按中腰線，順直順平巷道，再架設(shè)棚子，架棚時先栽棚腿，并用拉桿連接牢固，再上棚頭，最后進(jìn)行復(fù)噴。棚頭棚腿各用2道卡纜連接，卡纜螺絲要擰緊上牢。棚子要緊貼巖面，空幫空頂處要用背板接頂背實，棚腿要有一定的基礎(chǔ)，其基礎(chǔ)深度為:水溝側(cè)500mm，另一側(cè)100mm。

(6)復(fù)噴 當(dāng)架棚完畢，錨索打設(shè)完成后即可進(jìn)行復(fù)噴成巷。復(fù)噴前，將初噴面灑水淋濕后再進(jìn)行復(fù)噴。復(fù)噴到徹底將棚子噴平蓋嚴(yán)為止，即復(fù)噴厚度不小于150mm。復(fù)噴時要拉線噴漿，做到墻直拱圓。復(fù)噴成巷后要嚴(yán)格按作業(yè)規(guī)程的規(guī)定，進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

(7)底板加固 巷道支護(hù)完成后，再對底板支護(hù)，底板支護(hù)拖后工作面不大于20m。

先按設(shè)計尺寸將底板挖掘成形，然后將拱形支架放到底板上，支架下要用厚度為100mm的水泥石塊墊住，以確保澆筑后拱形支架下有100mm的保護(hù)層，嚴(yán)禁將支架直接放到底板上。然后將拱形支架與兩幫的棚腿焊接在一起，最后澆筑混凝土。

底板澆筑時，巷道兩側(cè)厚度100mm，中間厚度850mm。澆灌混凝土比例為灰 ∶石子 ∶沙子=1∶2∶2，澆筑底板時要振搗密實，澆筑后底板要平整。澆筑底板的同時，在人行道側(cè)將水溝按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)尺寸挖設(shè)、澆灌，水溝澆灌后斷面為S凈寬×S凈深為300mm×300mm，確保水溝順直、暢通。

5 軟巖巷道支護(hù)效果分析

自2011年12月軟巖支護(hù)設(shè)計方案實施以來，軌道石門施工基本正常，巷道變形得到控制。從目前巷道情況看，除軌道石門有一處鼓幫 (長度為8m)外，巷道穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)大面積的底鼓和鼓幫現(xiàn)象，工程返工現(xiàn)象得到了遏制，工程質(zhì)量有了明顯的改觀，工作效率大大提高，每月進(jìn)尺保持在50m左右，為采區(qū)接續(xù)打下了良好的基礎(chǔ)。同時，這種支護(hù)方式的成功使用，給同類地質(zhì)條件的巷道施工提供了可以借鑒的經(jīng)驗。

從施工工藝及采取的措施來看，聯(lián)合支護(hù)方式的一次支護(hù)，初噴封閉圍巖，防止了漏頂片幫，確保了巷道成型，從源頭上大大降低了頂板隱患，確保了施工安全，二次支護(hù)是對巷道支護(hù)的加固，從根本上解決了巷道變形、底鼓現(xiàn)象。

從效益方面分析，雖說巷道直接成本增加了，但從巷道修復(fù)方面看，還是大大降低了投資，減少了總成本，同時，工作效率的提高，也大大降低了工資成本，減輕了工人的勞動強(qiáng)度。權(quán)衡該方案是切實可行的，設(shè)計是合理的，經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，緩解了生產(chǎn)接續(xù)緊張的壓力。

6 結(jié)論

(1)此種聯(lián)合支護(hù)方式，是針對具體的地質(zhì)條件而采取的特殊支護(hù)方式，支護(hù)工藝復(fù)雜，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求高，施工中必須把好每一個關(guān)口，各項指標(biāo)必須達(dá)到措施要求。錨桿和錨索的打設(shè)，棚子的架設(shè)，噴漿質(zhì)量的好壞，都直接影響整體支護(hù)效果，這就要求在施工過程中必須把好工程質(zhì)量關(guān)，否則就會大大降低支護(hù)效果，造成不必要的麻煩。

(2)對于地質(zhì)條件復(fù)雜的軟巖地段，必須采取短掘短砌的方法施工，盡量防止圍巖松動。同時還應(yīng)防止煤層底板底鼓現(xiàn)象的發(fā)生，注意加強(qiáng)排水，保持水溝暢通無阻。在片幫漏頂?shù)囟?，更?yīng)及時打設(shè)錨桿進(jìn)行初噴，必要時，要掛多層金屬網(wǎng)噴漿造型，保持巷道的成型和可靠的支護(hù)。

TD214

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1006-6225(2012)03-0063-03

2012－04－29

劉景河 (1967－)，男，山東東平人，采礦工程師，國網(wǎng)能源和豐煤電有限公司沙吉海煤礦副礦長兼總工程師。

［責(zé)任編輯王興庫］

綜 述