蒲元宏P(guān)U Yuan-hong
(中煤第一建設(shè)有限公司第十工程處,邯鄲056000)
隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展,越來越多煤礦的巷道設(shè)計在煤層中。禾草溝煤業(yè)有限公司的5#煤輔運大巷、回風大巷、膠運大巷均沿煤層底板進行掘進。為滿足巷道的使用和服務(wù)年限,可以改變煤層巷道的設(shè)計形式,可采用半圓拱形斷面為主要形式,支護采用了錨網(wǎng)索、梯子梁、噴砼聯(lián)合支護。5#煤井巷工程頂板,可選用泥巖和油頁巖作為主要材料,利用預(yù)應(yīng)力錨索加固周圍巖層,這項技術(shù)主要是通過錨索,對被加固的巖體施加作用力,防止巖體發(fā)生形變,影響施工進程。在這一過程當中,主要采用多種聯(lián)合支護工藝。W 鋼帶(4000×230×5mm)原材料是Q235 碳素鋼板,表面寬度達到230mm 與噴射混凝土粘結(jié)性不好,稍有壓力鋼帶變形經(jīng)常造成鋼帶表面的混凝土脫皮、掉包等現(xiàn)象,為安全生產(chǎn)帶來很大隱患。采用了錨網(wǎng)索、梯子梁(Φ18×150×4000mm)、噴砼聯(lián)合支護后,有效地解決了安全問題。從宏觀角度來講,這樣的施工方式可以大幅降低成本投入,全面提升工程進展速度,與此同時,工人的作業(yè)強度也能得到有效改善,對接下來的工程推進起到積極作用。
①在施工過程中,隨著掘進巷道逐漸推進,及時將相關(guān)設(shè)施進行安裝,各部分設(shè)施起到的作用都不相同,就像過去“納鞋底子”一樣,煤、梁、網(wǎng)就好比“鞋底子”,錨、索就是其中的線。這樣的組合可以將梁內(nèi)的巖體固定住,防止在施工過程中出現(xiàn)問題。
②將錨桿和錨索在圍巖內(nèi)部進行固定,兩者間的錨固力可以于巖體進行相互作用,通過擠壓作用,圍巖間的摩擦力逐漸加大,提升圍巖結(jié)構(gòu)的整體性和牢固性。再加上相關(guān)設(shè)施的連接作用,促使巖體與設(shè)施形成堅固的梁體,有效阻止外層巖層發(fā)生形變,提升圍巖的穩(wěn)固程度。
③同理,拱形巷道的拱部,可以在相關(guān)設(shè)施的協(xié)助下,在頂部形成完整的框架。
④在噴射砼以前,網(wǎng)主要的作用是防止錨固后巖體出現(xiàn)碎渣掉落的情況,進一步減少錨桿所承受的張力,巖體的松動程度也會逐漸加大,這也會超出錨桿預(yù)期的牢固范圍;在進行噴射砼后,網(wǎng)起到了加強的相關(guān)作用。
⑤鋼筋梯子梁是加強網(wǎng)、索的連接作用和使整個錨索外段形成一個框架結(jié)構(gòu)。
⑥在這一過程當中,梯子梁主要起到相應(yīng)的支護作用。
根據(jù)已有的實踐內(nèi)容,以及計算分析后,按支護的先后順序,相關(guān)設(shè)備的支護的參數(shù)可參照以下內(nèi)容:
①金屬網(wǎng):將10#鐵絲制成1000×2400 的經(jīng)緯網(wǎng),經(jīng)緯網(wǎng)的規(guī)格可以根據(jù)墻體的實際情況進行調(diào)整,然后選定合適的寬度進行搭接,每個經(jīng)緯網(wǎng)之間搭接100mm,并用14#鉛絲進行捆扎。
②梯子梁:可選用Φ18 螺紋鋼,寬度可固定為150mm,長度要按照實際頂寬進行安排(該工程采用4000mm),梯子梁間的距離也要根據(jù)錨桿的排距進行調(diào)節(jié),遇到交岔點或者頂板發(fā)生碎裂時,梯子梁間的間距也可能隨之減小。
③錨桿則采用Φ20×2400 的左旋無縱筋螺紋鋼,螺尾蚊為Φ20。錨桿孔徑為Φ28,頂部采用3 支MSCK2835 樹脂錨固劑進行錨固,頂部的錨桿角度要保持為30°角,其他的錨桿垂直于頂板即可;幫部選用的錨桿孔徑為Φ32,可采用樹脂錨固劑進行固定,靠頂端和底部錨桿要與水平線形成10°角,其余水平布置。在凸凹不平的部分補加木質(zhì)托盤,確保每根錨桿托盤緊貼巖面。
④錨索:可以采用高強度、低松弛的絞線進行加工,選用Φ17.8mm×7900,錨孔為Φ28 的絞線,錨固劑可以選用樹脂藥卷,錨固長度為1750mm。沿巷道中心布置,間距1.8m。
⑤噴砼:噴砼的厚度為120mm,相應(yīng)的強度等級為C20。
⑥為了保證拱形巷道在可以投入到安全使用當中,各巷道交岔口的頂部可以加固梯子梁進行鞏固,錨索長度為7.9m,間距0.9m。
錨桿(索)施工:頂部施工可以采用錨桿機、中空六角鋼釬桿、合金剛鉆頭鉆錨桿(索)眼,型號分別為MQT—130 型錨桿機、B19mm、Φ32mm,其中,錨桿眼深2350mm,錨索眼深7700mm。首先利用錨桿機,安裝相應(yīng)的頂部零件,在完成鉆眼工作后必須將巖粉吹干凈,并且利用錨桿(錨索)測量其深度。當眼深符合相關(guān)要求后,可以選用雙股14#鐵絲進行搭接。在安裝錨桿的時候,錨桿頂要露出500-600mm,當錨索頂至1000mm 時,可以進行攪拌動作,時間大約為20s。這一過程應(yīng)以托盤和金屬網(wǎng)能與巖體緊密貼合為基準,如果兩者間沒有緊密貼合,可利用螺母進行二次固定;當錨索完成安裝后,可經(jīng)過30 分鐘以上的晾曬,然后將托盤、梯子梁進行拉緊。
①錨桿:在施工過程當中,錨桿鉆孔方向和巷道輪廓線之間的角度要注意,其角度不宜小于75°,眼減排距離和錨桿孔深可以有相應(yīng)的偏差范圍,數(shù)值為±100mm 和0~+50mm,在外露長度上也有相關(guān)的長度要求,一般外露10~40mm;這樣的長度可以保證錨桿托盤可以和巖體緊密結(jié)合。
②錨索:鉆孔方向和巷道輪廓線的角度不宜小于87°,鉆孔深度7700~7900mm,安裝深度不小于設(shè)計的深度的90%,預(yù)緊力最小值不小于設(shè)計的90%,外露長度張拉鎖緊后不大于200mm。錨索預(yù)應(yīng)力不小于140kN(36MPa),錨固力不小于330kN(75MPa)。若頂板破碎或壓力大時,根據(jù)頂板情況適當加密錨索。
③錨桿和錨索要盡量按照設(shè)計要求進行施工,角度、深度鉆孔數(shù)值都要得到保證,其中孔深要在設(shè)計值和+50mm之間,角度偏差應(yīng)該限制在15°以內(nèi)。
④錨桿間和索間距的距離誤差應(yīng)該控制在設(shè)計值的±100mm 之間,偏中線的誤差不應(yīng)超過100mm。
⑤錨桿(索)鉆完后,要及時將孔內(nèi)的巖體碎屑清理干凈,施工者可以利用掃眼器清除孔內(nèi)殘留的碎屑,保證錨固劑和錨孔壁可以連接,提升連接效果。其中,使用樹脂錨固劑時,一定要先規(guī)定卷數(shù),并且在施工過程中要嚴格根據(jù)這一規(guī)定安裝。當藥卷插入到錨桿孔后,需要用錨桿將錨固劑頂入眼底。當錨桿安裝完畢后,不應(yīng)立即收回錨桿機的氣腿,防止出現(xiàn)施工問題。
⑥梯子梁等器材在選取材料時,可選用適當?shù)木W(wǎng)片,錨桿扭矩必須達100Nm。錨索可用錨索張力進行拉緊,要求預(yù)緊力不小于36MPa。梯子梁需要在規(guī)格上保持。經(jīng)緯網(wǎng)之間的搭接長度要進行測量,應(yīng)為100mm,并用14#鉛絲雙股進行固定,其中,擰扣應(yīng)大于或等于3.5 圈,間距為300mm。
⑦噴砼:盡量要保證噴厚均勻,其厚度不小于設(shè)計要求,進行復(fù)噴時受噴面需要保持整潔,噴后需要及時進行灑水養(yǎng)護,養(yǎng)護不少于7 天。
⑧網(wǎng)后不得有空隙,需要將砼與巖面結(jié)為整體,防止壁后離層現(xiàn)象。
①嚴格控制控頂距,防止圍巖發(fā)生位移,施工者可利用噴漿等封住巖體,從而阻止巖體受到外界影響,產(chǎn)生脫落等情況,對于巖體的受力結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生影響。
②梯子梁在斜巷施工中,需要根據(jù)山體結(jié)構(gòu)進行架設(shè),梯子梁在架設(shè)當中要注意其不能發(fā)生移位,避免支護強度受到阻礙。
③當幫部片落程度較為嚴重時,可以利用加木襯墊等形式,從原理上保證錨桿所受到的力量是均勻的。如果在施工當中遇到巖層松散等情況時,需要逐步加深錨固的深度,并且減小錨桿之間的距離,用以滿足支護需要,保證橋體安全。
以禾草溝煤業(yè)有限公司為例,煤回風巷、膠帶巷、輔運大巷三條巷道,全部采用該種支護方式,并且取得良好的成效,從最近幾年的觀察當中,巷道外觀尚未出現(xiàn)掉皮等現(xiàn)象,整體效果較好。
在支護設(shè)計期間結(jié)合錨桿組合拱和錨索懸吊理論進行合理分析。錨索支護的主要原理是將錨索深入巖體,是一種進行預(yù)知應(yīng)力的施工技術(shù)。在這一技術(shù)當中,可以加大拉應(yīng)力,為巷道提供更加堅實的力量支撐。巷道的兩幫以拱形為底,起到保護煤柱的作用,支護錨索后,可將受力區(qū)分為三個部分,為錨索提供支撐,兩幫為線支撐。在這樣的施工技術(shù)當中,中間的拱形冒落幅度相對來講最大;梯子梁是由φ18 圓鋼加工而成,在釋放壓力時具有一定的彈性變性,梯子梁和混凝土的混合可以起到更好的支護效果,避免相關(guān)設(shè)備在受力后發(fā)生加大形變,這樣的施工方式也可以從根本上減少脫皮等情況的發(fā)生。此項支護形式已成功用于所有半圓拱形噴漿巷道,效果明顯,質(zhì)量保證,安全隱患大大減少。在井下所有大巷施工中均已采納。
①聯(lián)合支護可以作為一種有效的支護形式,將這種支護應(yīng)用到拱型巷道當中,可以更好的鞏固拱形巷道的堅實程度。
②采用錨網(wǎng)索、梯子梁、噴砼聯(lián)合支護形式的拱形巷道的特點是:減小氣流阻力、提升斷面的利用程度、加快施工速度,適用于大型礦井施工。
③施工者可以根據(jù)巷道具體用途,可分別選用錨噴、錨網(wǎng)噴、等多種支護方式,全面提升施工效率。
④在具體的施工過程中,施工方可以對頂板和幫部安裝頂板離層儀,對于其變化進行細致掌控,從而確保巖巷可以投入使用。