陳東義，郭彥波

（山西長(zhǎng)安科技有限公司，山西 太原 030000）

礦建工程項(xiàng)目施工過(guò)程中，巷道掘進(jìn)作業(yè)是其重要組成部分，通過(guò)總結(jié)大量實(shí)際施工案例發(fā)現(xiàn)，巷道圍巖掘進(jìn)受到多種因素的影響，為保證巷道圍巖的穩(wěn)定性，運(yùn)用錨桿支護(hù)技術(shù)，可提高掘進(jìn)效果，改善作業(yè)環(huán)境，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益。錨桿支護(hù)主要發(fā)揮減跨、懸吊、加固等作用，能夠有效提升礦建項(xiàng)目巷道的穩(wěn)定性，加強(qiáng)巖層抗剪強(qiáng)度，將錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用到礦建工程施工中，不僅能夠提高支護(hù)施工效率，還能強(qiáng)化巷道支護(hù)的效果，對(duì)提高巷道掘進(jìn)速度具有明顯幫助。

一般來(lái)說(shuō)，與傳統(tǒng)棚式支護(hù)方法相比，錨桿支護(hù)機(jī)械化程度更高，掘進(jìn)效率高，并且能夠有效避免錯(cuò)誤施工情況，節(jié)省大量人工成本。

1 煤礦礦建工程巷道錨桿支護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)

（1）機(jī)械施工，提高施工效率。對(duì)于礦建工程而言，既往多采用棚式支護(hù)技術(shù)，此種支護(hù)技術(shù)應(yīng)用范圍廣，在礦建工程巷道掘進(jìn)中發(fā)揮良好的支護(hù)效果。但是，棚式支護(hù)技術(shù)勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，時(shí)間和成本控制比較困難，無(wú)法滿足現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)需要。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，錨桿支護(hù)技術(shù)逐漸被應(yīng)用到礦建工程巷道掘進(jìn)支護(hù)中，此支護(hù)技術(shù)機(jī)械化水平比較高，可顯著減少施工勞動(dòng)力的投入，提高掘進(jìn)效率[1]。

（2）方案合理，降低施工成本。傳統(tǒng)礦建工程項(xiàng)目巷道施工周期長(zhǎng)，不利于施工成本對(duì)控制，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了礦建工程巷道的快速施工。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐應(yīng)用，錨桿技術(shù)不斷發(fā)展，通過(guò)對(duì)復(fù)雜巷道頂巖應(yīng)力場(chǎng)的科學(xué)分析，制定更加合理的支護(hù)方案，保證施工有序開(kāi)展，并且在機(jī)械化錨桿支護(hù)施工的帶動(dòng)下，進(jìn)一步保證巷道掘進(jìn)的安全性，減少巷道掘進(jìn)施工風(fēng)險(xiǎn)，減少不必要的成本支出[2]。

（3）圍巖加固，保證支護(hù)強(qiáng)度。礦建工程巷道掘進(jìn)施工過(guò)程中，軟弱圍巖會(huì)增加施工難度與風(fēng)險(xiǎn)，從而對(duì)巷道掘進(jìn)的順利開(kāi)展造成不良影響。采用錨桿支護(hù)技術(shù)后，巷道圍巖結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠得到有效增強(qiáng)[3]。通常，在使用高強(qiáng)度錨桿支護(hù)技術(shù)的同時(shí)，結(jié)合錨固劑，高強(qiáng)度加固巷道周?chē)膸r層，從而保證圍巖加固效果，提高支護(hù)強(qiáng)度，為礦建工程巷道掘進(jìn)提供更多便利條件，滿足后續(xù)生產(chǎn)需要。

（4）應(yīng)用靈活，滿足施工要求。對(duì)于礦建工程巷道掘進(jìn)施工而言，采用錨桿支護(hù)技術(shù)進(jìn)行支護(hù)，不僅可以發(fā)揮上述施工優(yōu)勢(shì)，同時(shí)因錨桿支護(hù)技術(shù)更具靈活性，適用于不同形式巷道圍巖支護(hù)場(chǎng)景。在支護(hù)前，結(jié)合巷道圍巖特點(diǎn)，靈活設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)方案，確定支護(hù)形式，從而滿足巷道掘進(jìn)施工需要[4]。對(duì)于復(fù)雜巷道工況，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)計(jì)算和詳細(xì)分析，發(fā)揮錨桿支護(hù)技術(shù)的靈活優(yōu)勢(shì)，對(duì)提高施工質(zhì)量，減少施工風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。

2 工程案例

（1）原支護(hù)方案分析。以某礦建工程巷道施工項(xiàng)目為例，對(duì)其Ⅲ號(hào)煤層工作面支護(hù)情況進(jìn)行分析。該煤礦開(kāi)發(fā)時(shí)間比較長(zhǎng)，最早可追溯到2004年，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，目前已有可工作礦井4個(gè)，Ⅲ號(hào)煤層在長(zhǎng)期工作使用中，煤層支護(hù)出現(xiàn)一定問(wèn)題，如果不及時(shí)對(duì)其進(jìn)行整修，很難保證巷道正常挖掘。Ⅲ號(hào)煤層原巷道頂層巖石結(jié)構(gòu)主要包括細(xì)沙巖和細(xì)粒砂巖，厚度0～40.36m，平均厚度達(dá)到16.98m，局部夾雜細(xì)粒砂巖薄層，含有植物化石碎屑、白云母碎片，出現(xiàn)小型交錯(cuò)和水平層理。開(kāi)礦初期，采用傳統(tǒng)掘進(jìn)錨桿順槽支護(hù)方案，巷道掘進(jìn)高度2.9m，支護(hù)寬度4.5m。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用，巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題，為避免現(xiàn)有支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)安全事故，決定對(duì)Ⅲ號(hào)煤層原有錨桿支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化。

（2）新支護(hù)方案分析。由于Ⅲ號(hào)煤層開(kāi)發(fā)時(shí)間比較長(zhǎng)，為保證新支護(hù)方案更加符合實(shí)際需要，對(duì)周邊地質(zhì)、地理環(huán)境開(kāi)展詳細(xì)勘查，并對(duì)原巷道幾何和圍巖條件進(jìn)行詳細(xì)分析，確保支護(hù)方案科學(xué)合理。通過(guò)調(diào)查和分析結(jié)果認(rèn)為，原巷道掘進(jìn)高度2.9m，支護(hù)寬度4.5m，但實(shí)際巷道橫截面積為13.23m2，說(shuō)明圍巖條件良好，并且巷道基礎(chǔ)跨度比較低，適合對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)[5]。與此同時(shí)，原巷道頂層圍巖中，頂板位置分布薄層狀砂質(zhì)泥巖（厚度在12.5m左右），且煤層厚度4.5m～6.6m之間，圍巖結(jié)構(gòu)頂板厚度＞3m，為整體支護(hù)提供便利。經(jīng)過(guò)慎重分析認(rèn)為，新設(shè)計(jì)支護(hù)方案具有可行性。原支護(hù)方案與新支護(hù)方案的對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 原錨桿支護(hù)與新錨桿支護(hù)方案的不同

在對(duì)新支護(hù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，巷道內(nèi)頂板位置巖層厚度可能對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的影響，因此對(duì)頂板受力狀況進(jìn)行分析，保證設(shè)計(jì)合理，避免發(fā)生巷道頂板變形。在實(shí)際支護(hù)過(guò)程中，新方案決定以錨桿為主、錨索為輔的支護(hù)原則，改進(jìn)原錨桿支護(hù)技術(shù)，確保后續(xù)Ⅲ號(hào)煤層巷道掘進(jìn)的安全性與穩(wěn)定性。

3 施工準(zhǔn)備

（1）圍巖加固。在進(jìn)行新支護(hù)方案過(guò)程中，針對(duì)巷道頂層圍巖做好變形控制，完善施工準(zhǔn)備，并及時(shí)組織相關(guān)人員開(kāi)展超前支護(hù)，對(duì)圍巖進(jìn)行加固處理。為此，對(duì)周?chē)鷩鷰r特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，根據(jù)實(shí)際情況確定支護(hù)方式，最大程度上降低對(duì)圍巖的擾動(dòng)，避免頂層圍巖損傷。不僅如此，施工前，充分利用TSP、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，結(jié)合Ⅲ號(hào)煤層工作面情況，對(duì)頂層圍巖相臨段落地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確分析，結(jié)合分析結(jié)果，制定軟巖加固方式，并且明確支護(hù)具體施工方法[6]。此外，為進(jìn)一步保證施工安全性和穩(wěn)定性，在開(kāi)展圍巖加固時(shí)，開(kāi)展全過(guò)程動(dòng)態(tài)管理，加強(qiáng)施工管理，并且密切監(jiān)控圍巖變形情況，以此來(lái)確定支護(hù)形式。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況，總結(jié)頂層圍巖性質(zhì)，將結(jié)果與圍巖變形監(jiān)測(cè)記錄一并反饋給設(shè)計(jì)單位，及時(shí)對(duì)施工設(shè)計(jì)參數(shù)以及施工方案進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，確保新錨桿支護(hù)方案能夠更好的解決現(xiàn)有問(wèn)題[7]。

（2）確保支護(hù)強(qiáng)度。原有錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)比較分散，為避免此種情況，保證新支護(hù)方案更加安全、高效，新方案關(guān)注錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的完整性，并且做好配套措施準(zhǔn)備。為避免頂層圍巖發(fā)生變形，保證支護(hù)剛度，不僅要控制變形，還要采取一定措施對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行加強(qiáng)。本工程采用減小鋼架間距、增加支護(hù)厚度、加大支護(hù)鋼架型號(hào)等方式，強(qiáng)化支護(hù)強(qiáng)度通過(guò)加大鎖腳小導(dǎo)管的長(zhǎng)度，保證支護(hù)錨固系統(tǒng)能夠穿過(guò)松動(dòng)圍巖圈，并且錨固在力學(xué)性能相對(duì)較好的圍巖上[8]。該工程除了增加鎖腳小導(dǎo)管長(zhǎng)度和數(shù)量，也選擇強(qiáng)度比較高的鎖腳導(dǎo)管，將原有的小導(dǎo)管調(diào)整為鋼花管，并且對(duì)薄弱環(huán)節(jié)以及注漿施工進(jìn)行嚴(yán)格的施工質(zhì)量控制。增加拱架支撐點(diǎn)和面積，分散拱壓力，保證支護(hù)整體受力均勻，盡量避免支護(hù)沉降。值得注意點(diǎn)是，擴(kuò)大拱腳時(shí)應(yīng)保證拱腳本身的強(qiáng)度，如擴(kuò)大拱腳造成支護(hù)結(jié)構(gòu)受力破壞，則無(wú)法發(fā)揮其作用。

（3）加厚錨桿托板。在實(shí)施新支護(hù)方案前，對(duì)巷道頂層圍巖應(yīng)力情況開(kāi)展調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力主要來(lái)自圍巖自身重力，這種情況有利于巷道穩(wěn)定性。通過(guò)計(jì)算，圍巖應(yīng)力涵蓋覆巖體積力為24.7kN/m3，原巖應(yīng)力為8.638MPa，證實(shí)巷道施工埋深相對(duì)較淺。錨桿托板在錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)體系中發(fā)揮重要支撐作用，可抵抗一定壓力[9]。即使本工程巷道頂層圍巖應(yīng)力情況良好，但巷道掘進(jìn)時(shí)刻處于動(dòng)態(tài)變化之中，并非完全安全，為避免冒頂事故，新支護(hù)方案中采用錨桿托板，并進(jìn)行加厚處理，發(fā)揮良好的抗壓作用。

4 巷內(nèi)支護(hù)

（1）基本支護(hù)。新支護(hù)方案形成后，做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，然后開(kāi)展巷內(nèi)支護(hù)，巷內(nèi)支護(hù)首先開(kāi)展基本支護(hù)，從以下三個(gè)方面對(duì)巷內(nèi)基本支護(hù)進(jìn)行分析說(shuō)明。其一，確定支護(hù)形式。大量工程實(shí)踐反饋，基本支護(hù)過(guò)程中，要兼顧到圍巖、支護(hù)局部結(jié)構(gòu)收斂變形比，并對(duì)其進(jìn)行控制，避免超過(guò)規(guī)定范圍，結(jié)合局部圍巖狀況，加強(qiáng)支護(hù)的整體強(qiáng)度。為降低施工成本，新支護(hù)方案采用增加預(yù)應(yīng)力和強(qiáng)力錨桿的方式，對(duì)巷道周邊位置進(jìn)行分離和擴(kuò)散，避免局部位置發(fā)生變形，并且在結(jié)構(gòu)力學(xué)性能差的圍巖部位預(yù)留變形量最大程度，防止圍巖支護(hù)發(fā)生變形侵線表現(xiàn)[10]。其二，正確選擇材料?？紤]到圍巖經(jīng)加固后，也有可能存在圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)整體沉降情況，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)變形或者出現(xiàn)圍巖破壞。經(jīng)過(guò)詳細(xì)分析認(rèn)為，出現(xiàn)上述情況的主要原因在于支護(hù)剛度不夠，而初支整體沉降的原因是錨固受力桿件錨固在松動(dòng)圍巖圈上，缺乏與力學(xué)性能較好的圍巖有效結(jié)合，導(dǎo)致受力不均勻。為此，合理選擇支護(hù)材料，使用延展性、柔韌性良好的支護(hù)材料，在主體錨桿和錨索之間發(fā)揮輔助作用。其三，明確支護(hù)參數(shù)。采用數(shù)值模擬技術(shù)方法，與巷道實(shí)際情況進(jìn)行比較，確定錨索、錨桿支護(hù)的具體參數(shù)。一般情況下，直徑22cm、長(zhǎng)度2.5m左右的樹(shù)脂材料錨桿，就可完成一次性加長(zhǎng)（或錨固）[11]。為保證支護(hù)效果，對(duì)鋼帶以及金屬保護(hù)頂部開(kāi)展一次性加固處理。

（2）加強(qiáng)支護(hù)。通常，要想保證巷內(nèi)頂層和周邊圍巖的穩(wěn)定性，并且確保巷道掘進(jìn)作業(yè)更加安全高效，需要對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，完善支護(hù)技術(shù)，在做好基本錨桿支護(hù)的前提下，開(kāi)展加固支護(hù)。加強(qiáng)支護(hù)過(guò)程中，在對(duì)巷道雙側(cè)位置開(kāi)展挖掘作業(yè)時(shí)，巷道本身可能受到掘進(jìn)作業(yè)區(qū)域范圍內(nèi)占地積上壓力的影響，或者因?yàn)橄锏纼蓚?cè)填充物強(qiáng)度不足，而對(duì)正常掘進(jìn)造成嚴(yán)重影響。為解決上述問(wèn)題，采用單體支柱搭接與頂梁相連模式，通過(guò)對(duì)巷道頂板加強(qiáng)支護(hù)的加固，最大程度避免頂層沉降，并且控制巷道頂板巖層離層現(xiàn)象，保證頂板結(jié)構(gòu)的完整性。不僅如此，采用單體支柱搭接與頂梁相連模式進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，還能增加巷道掘進(jìn)作業(yè)面的空間，保證施工更加安全順利。除了上述加強(qiáng)支護(hù)方法外，在實(shí)踐中也廣泛應(yīng)用專門(mén)設(shè)計(jì)的加強(qiáng)型支護(hù)液壓支架，Ⅲ號(hào)煤層巷道支護(hù)就采用了此種工具，該支護(hù)體系主要由底座、立柱、頂梁以及四連桿組成，使用此種支架后，可實(shí)現(xiàn)推拉自由移動(dòng)。

5 巷旁支護(hù)

（1）錨索施工。巷旁支護(hù)是礦建工程巷道掘進(jìn)支護(hù)中常見(jiàn)的支護(hù)形式，目的在于進(jìn)一步加強(qiáng)錨桿支護(hù)效果，并且采用充填式巷旁支護(hù)，通過(guò)此種支護(hù)形式，避免結(jié)構(gòu)變形，并且解決特殊情況下相應(yīng)的支護(hù)要求。結(jié)合實(shí)踐施工經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，要想充分發(fā)揮充填式巷旁錨索支護(hù)形式的效果，需要嚴(yán)格按照施工要求，準(zhǔn)備好錨索、錨桿等材料。其中，錨索施工過(guò)程中，注意盡量避免采用鉆孔機(jī)進(jìn)行鉆孔，這是因?yàn)榭紤]到可能出現(xiàn)松軟飽水、破碎的巖層，為避免坍塌縮孔，采用跟管鉆進(jìn)技術(shù)，錨索鉆孔直徑130mm，并且采用潛孔鉆干鉆作為成孔方法，結(jié)合巷道巖層以及巖性情況，控制鉆孔速度，避免發(fā)生鉆孔變徑以及扭曲等現(xiàn)象，預(yù)防意外事故，為順利下錨提供便利條件。錨索安裝高強(qiáng)度低松弛育預(yù)應(yīng)力鋼絞線，并且正確選擇錨具，在鋼絞線自由段涂抹黃油，同時(shí)采用波紋管外套在鋼絞線上，發(fā)揮防腐作用。每隔1m設(shè)置錨固段架線環(huán)與緊箍環(huán)，緊箍環(huán)不少于2圈。為保證鋼絞線順直，在自由鍛設(shè)置架線環(huán)[12]。

（2）錨孔注漿。錨索束正確放入后，及時(shí)對(duì)其進(jìn)行注漿，采用水泥砂漿進(jìn)行灌注（1:1水泥砂漿，水灰比控制在0.40%～0.45%）。本工程采用孔底注漿法進(jìn)行施工，注漿壓力控制在0.6MPa～08MPa，保證注漿的連續(xù)性，中途禁止停止注漿，保證錨孔注漿密室、飽滿。首次注漿結(jié)束后，水泥砂漿在24h開(kāi)始凝固收縮，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)漿。為保證注漿施工質(zhì)量，注漿用的水泥砂漿隨拌隨用，并且攪拌均勻。錨孔注漿需要做好詳細(xì)記錄，注漿完成后，對(duì)注漿用具進(jìn)行仔細(xì)清洗，包括注漿槍、注漿套管以及注漿管等。觀察錨孔灌注的水泥砂漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后進(jìn)行錨索張拉。

（3）預(yù)應(yīng)力張拉。本工程錨具底座頂面與鉆孔軸線保持垂直，這樣能夠保證錨索預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程在同一個(gè)軸線上。在張拉前開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，從而確定錨索預(yù)應(yīng)力張拉鎖定的施工工藝。有研究認(rèn)為，嚴(yán)格根據(jù)施工要求，預(yù)應(yīng)力張拉與鎖定均采用分級(jí)方法比較合理。設(shè)計(jì)張拉完成7d～10d后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況開(kāi)展補(bǔ)償張拉，繼而鎖定。一般情況下，錨索安裝并且張拉后，不會(huì)發(fā)生太大受力變化，在距離掘進(jìn)面21m左右時(shí)，錨索受力基本上保持穩(wěn)定。煤壁所在位置須沿巷道長(zhǎng)度5cm，向下3cm的范圍內(nèi)進(jìn)行巷道挖掘、拓寬，并實(shí)施錨桿支護(hù)。螺紋鋼錨桿橫向支護(hù)時(shí)，要分別確定好錨桿橫向排距直徑、長(zhǎng)度，間隔式排距1m×9m，并且使用金屬網(wǎng)、鋼帶對(duì)錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)。

6 支護(hù)效果分析

本工程在錨桿安裝并施加一定預(yù)應(yīng)力后，一段時(shí)間內(nèi)受力情況發(fā)生微妙變化，有變小趨勢(shì)。伴隨Ⅲ號(hào)煤層巷道掘進(jìn)工作面的推進(jìn)，在距離掘進(jìn)面19m后，錨桿受力才逐漸增大，在距離掘進(jìn)工作面120m左右時(shí)受力趨于穩(wěn)定。通過(guò)觀察和記錄發(fā)現(xiàn)，錨桿安裝直至受力穩(wěn)定的整個(gè)過(guò)程中，全程預(yù)應(yīng)力錨桿錨固受力變化范圍可控，多數(shù)錨桿受力變化范圍＜5kN，部分錨桿受力變化范圍在7-8kN左右（表面位移曲線如圖1所示）。

圖1 Ⅲ號(hào)煤層巷道掘進(jìn)表面位移曲線

掘進(jìn)期間，巷道變形量小，圍巖完整，錨桿、錨索受力變化在可控范圍之內(nèi)。拱頂部位錨桿受力較小，兩幫錨桿受力明顯高于拱頂部位，部分達(dá)到了錨桿的屈服極限。但是，巷道所有錨桿施加較高的預(yù)緊力，實(shí)際上有利于維持圍巖的穩(wěn)定性，并且提高抗擾動(dòng)能力。

7 總結(jié)

通過(guò)總結(jié)工程實(shí)例相關(guān)情況認(rèn)為，礦建工程巷道掘進(jìn)工況復(fù)雜，施工難度較大，采用錨桿支護(hù)技術(shù)，可發(fā)揮明顯的施工效益。為進(jìn)一步保證巷道圍巖支護(hù)效果，需要結(jié)合礦建工程巷道實(shí)際情況，制定更加詳細(xì)合理的施工方案，并對(duì)錨桿支護(hù)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，最大程度發(fā)揮錨桿支護(hù)技術(shù)的支護(hù)優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際施工過(guò)程中，要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，結(jié)合調(diào)查結(jié)果，對(duì)圍巖特征、變形發(fā)展等情況進(jìn)行明確，制定更加穩(wěn)妥的支護(hù)方案。在此基礎(chǔ)上，完善施工現(xiàn)場(chǎng)管理，加強(qiáng)施工工藝流程的監(jiān)督。在實(shí)際工作中，針對(duì)巷道軟弱圍巖，制定更加科學(xué)的錨桿支護(hù)方案，發(fā)揮良好的施工效果。