联合支护大断面交叉点在新安煤矿的应用

韩志强

(河南大有能源股份有限公司新安煤矿，河南新安 471842)

新安煤矿水文地质类型属复杂型。自集团公司推行“大断面巷道施工”政策以来，一直引用、探索大断面巷道支护技术。

1 概况

新安煤矿16采区开采二1煤层，煤层倾角7°～12°，为一走向北东、倾向为南东的平缓单斜构造，标高在+150 m～－50 m之间，煤厚0.26 m～3.92 m，平均2.37 m，服务年限19.5年。16采区二1煤层伪底为炭质泥岩，局部发育不稳定;直接底为泥岩或粉砂岩，平均厚度3.4 m;老底为硅质泥岩。据钻孔资料知该交叉点附近二1煤层向下分别为砂质泥岩、泥岩、硅质泥岩和灰岩。16运输大巷沿二1煤层走向布置，底板标高 +36.241 m，直墙半圆拱，净宽5.3 m，直墙高1.35 m，净断面积18.18 m2，锚网喷支护，顶板法线距离二1煤层底板14.2 m。16采区上山下部车场与16运输大巷成75°夹角(工程平面图见图1)，采用直墙半圆拱，净宽5 m，直墙高1.7 m，净断面积18.31 m2。此交叉点最大跨度10.2 m，最大高度6 m，仅采用锚网喷支护将无法长期、有效地控制顶板，在一号交叉点成功试用锚杆+锚索+钢筋网+喷浆支护技术。

图1 16下部车场交叉点平面图

2 设计理论依据

常用的锚杆支护作用原理有以下几种:1)悬吊作用;2)组合梁作用;3)锚杆楔固作用;4)挤压加固拱作用。其中，悬吊理论是最早的锚杆支护理论，有直观、易懂及使用方便等特点，应用比较广泛。悬吊作用是指用锚杆将软弱的直接顶板吊挂于其上的坚固老顶上或者是用锚杆将因巷道开挖而引起松动的岩块连接在松动区外的完整坚固岩体上，使松动岩块不致冒落［1］。

3 锚杆支护参数

按照悬吊理论设计锚杆支护参数［1］:

1)锚杆长度:L=L1+L2+L3=0.15 m+1.5 m+0.4 m=2.05 m。

其中，L为锚杆长度，m;L1为锚杆外露长度，采用钢筋树脂锚杆和端头锚固，一般取0.15 m，端锚锚杆L1=垫板厚度+螺母厚度+(0.03～0.05);L2为锚杆的有效长度，即围岩松动圈的范围。采用光面爆破，通过经验得知一般取1.5 m;L3为锚杆锚固段长度。即锚杆锚入坚硬岩石的长度，一般L3=0.3 m～0.4 m，由拉拔力实验确定。当围岩松软时，L3还要加大，取较大值0.4 m。

根据工程类比法，取锚杆长度L=2.5 m，满足要求。

2)锚杆锚固力与杆体直径。根据工程类比法参照新安煤矿16区运输大巷资料，锚杆锚固力现场实测取值64 kN/根。根据锚杆锚固力与杆体承载力等强度原则，则锚杆直径可由下式［2］得出:

其中，d为锚杆直径，mm;Q为锚杆锚固力，由拉拔试验确定，kN;σt为杆体材料的抗拉强度，经试验该处取值489.5 MPa;根据工程类比法，取锚杆直径d=20 mm，满足要求。

3)锚杆间排距。根据每根锚杆悬吊的岩石重量确定，即锚杆悬吊的岩石重量等于锚杆的锚固力。通常按等距排列，即a=S1=Sc。

其中，Sc，S1分别为锚杆间、排距，mm;K为锚杆安全系数，一般取K=1.5～2;γ为岩石体积力，kN/m3;根据工程类比法考虑一定的富裕系数，取锚杆间排距a=0.7 m，满足要求。

4 锚索支护的必要性

由于该交叉点跨度大，施工用树脂锚杆规格为φ20 mm× 2 500 mm，局部只锚固在灰岩中，锚固效果不佳。单纯的依靠锚杆+钢筋网+喷浆支护无法长期、稳定地控制顶板，在此设计小孔径预应力锚索加强支护是非常必要的。

5 支护方案

采用锚杆+钢筋网+喷浆联合支护。锚杆采用φ20 mm× 2 500 mm螺纹钢筋树脂锚杆，矩形布置，间排距700 mm×700 mm;每孔内装CK2350型树脂药卷2卷，端头锚固;Ф6 mm钢筋网，规格1 500 mm×1 500 mm，网格100 mm×100 mm，网间搭接100 mm;喷混凝土强度C20，喷厚120 mm。

喷浆后打设锚索。锚索采用φ17.8 mm×8 000 mm钢绞线锚索，五花状布置，间排距2 000 mm×2 000 mm，外露长度300 mm;每孔内装CK2350型树脂药卷5卷，端头锚固;锚索托梁采用12号旧工钢加工，长350 mm。

6 施工工艺及方法

施工工艺:打眼、放炮→坑木临时支护→打顶部锚杆、挂网、张拉→打帮部锚杆、挂网、张拉→喷浆→打顶部锚索、张拉。

锚杆安装:打眼前，先按照由外向里、先下后上的顺序检查并凿掉活矸危岩。定眼位，采用YT-28型风钻和MQT系列气动锚杆钻机按锚杆长度打眼。安装前，处理干净孔内积水、岩粉，之后把2卷药卷送入眼底，将锚杆插入眼内准确位置并搅拌均匀。凝固30 s后，挂网、上托盘、拧上螺帽。10 min后拧紧螺帽给锚杆加一定预紧力，拧紧力矩不小于100 N·m，托盘紧贴岩面。

喷射混凝土:采用42.5普通硅酸盐水泥∶中粗砂∶米石=1∶2∶2 (重量比)。水灰比0.4，速凝剂掺入量为水泥重量的1.5%。采用干式喷射法。先用高压风、水清洗掉粉尘，再把料筛选按配比干拌，同时加入规定的速凝剂经输料管在喷头处与水混合后喷射。先墙后拱，自上而下。初喷30 mm～50 mm，复喷滞后窝头20 m。

锚索安装:采用锚索钻机钻孔，之后将药卷送入孔内，用钢绞线将药卷送入孔底，连接钢绞线和钻机并开动钻机，边搅拌边推进，搅拌20 s～30 s，不落钻机停钻，等待2 min～3 min，落下钻机。1 h后安装托梁、锁具，使其紧贴顶板，挂上张拉仪张拉直到设计预紧力停止。

7 检测及效果

巷道支护的质量可以通过很多方面检测。主要是从锚杆拉拔力和锚杆预紧力、间排距、锚杆角度、外露长度、平整度、锚索拉拔力和预紧力、喷射混凝土厚度和强度等方面检测。现就以下几个方面做出总结:

1)锚杆(锚索)拉拔力检测:主要是采用锚杆拉力计(锚索张拉仪)在施工过程中抽样做拉拔试验，达到要求的合格率，个别不合格者在其附近补打锚杆。

2)喷射混凝土强度检测:采用常用的点荷载试验法。用混凝土钻机从喷层中钻取圆柱体芯样，在实验室检测其点荷载强度，以确定喷层强度。实时调整配比。

8 结语

一年来，该交叉点无脱皮、压裂、变形现象，为以后在新安矿其他交叉点推广锚杆+锚索+钢筋网+喷浆支护技术积累了丰富的现场经验。

［1］ 东兆星，吴士良.井巷工程［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2006:99-100.

［2］ 东兆星，吴士良.井巷工程［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2009:11-15.