＋786 m水平井底车场遇水泥砂化围岩支护技术

马 涛

（神华宁夏煤业集团建设工程管理部，宁夏回族自治区银川市，750011）

＋786 m水平井底车场遇水泥砂化围岩支护技术

马 涛

（神华宁夏煤业集团建设工程管理部，宁夏回族自治区银川市，750011）

根据＋786 m水平井底车场内巷道和硐室围岩遇水泥砂化性状，对其进行了物理力学性质试验、物相成分化验及锚杆拉拔力检测，在此基础上分析了巷道出现变形破坏的原因，并采取了以 “锚带网索喷”为初始支护、“全封闭的U29型钢棚＋反底拱”为永久支护，则该支护实施后，确保了车场内巷道和硐室的有效控制。

巷道支护 松软岩层 锚杆支护 锚索支护 U29型钢棚支护 注浆

1 概述

清水营煤矿是神华宁夏煤业集团鸳鸯湖矿区一座设计年产8 Mt的大型矿井，采用斜井-副立井水平开拓，其中副立井＋786 m水平井底车场于2009年3月3日开始施工，截止到2010年2月，已施工完成的重车线及环形车场均发生了较为严重的变形破坏，出现了拱部下沉、两帮内挤及严重的底臌，致使整个断面收缩了40%左右。为确保安全，对已施工的重车线及空车线重新扩大断面，并采用了 “锚带网索喷＋注浆”支护方案，但该方案实施后不到两个月，重车线及空车线再次发生了严重的变形破坏，这表明该方案仍无法取得有效控制，为此清水营煤矿暂停了＋786 m水平井底车场的掘进。再经分析后，采取了与围岩性状和矿压环境相耦合的支护方案，该方案实施后确保了其有效控制，并为企业创造了较为可观的技术经济效益。

2 巷道破坏原因

＋786 m水平井底车场已掘重车线和空车线发生了较为严重的变形破坏，根据设计和地质报告，＋786 m水平井底车场埋深达612.8 m，位于二煤底板粗粒砂岩内，该岩层厚度达14.8 m，属古河道未胶结的砂粒层，遇水及风化后易变成泥砂状，现场施工时无需放炮，用手镐便能破岩掘进。为掌握其力学性质及物相成分，经现场取样后进行了试验和化验，粗粒砂岩抗压强度0.21 MPa，弹性模量140 MPa，内聚力0.03 MPa，内摩擦角7.5°，物相成分化验伊利石40% ，绿泥石29.3%，石英30.7%。

力学性质及物相成分表明，＋786 m水平井底车场所在的层位即粗粒砂岩抗压强度极低，意味着围岩的自稳性和自承能力较差；另外粗粒砂岩内所含的伊利石和绿泥石物相成分达69.3%，遇水或吸湿后具有很强的膨胀性。可见车场内已掘巷道及修复加固后再次发生变形破坏的原因主要为两点。

（1）巷道原支护设计为锚带网索喷，其中锚杆规格为ø20 mm×2500 mm，屈服承载力达105 k N，使用Z2370型锚固剂2卷，现场在帮部抽取了3根锚杆进行了拉拔力检测，其结果为12.5 k N、16.3 k N、14.8 k N，平均为14.5 k N，且拔出的锚杆锚固剂表面粘贴着一层砂粒，此现象表明锚固剂与孔壁粘结强度低，致使锚杆自身的支护强度无法得到有效发挥。

（2）对已发生变形破坏的巷道采用了扩大断面及 “锚网喷索＋注浆”支护方案，但该方案实施后不到1个月时间，巷道再次发生了较为严重的变形破坏，分析认为，注浆后浆液在凝固过程中会产生离析，同时围岩内所含的伊利石和绿泥石吸湿后会产生较大的膨胀变形，致使浆液凝固与围岩吸湿膨胀同步进行，最后导致了注浆未起到应有的加固作用。

3 支护方案

根据＋786 m水平井底车场内巷道和硐室的围岩性状、力学性质、物相成分及变形破坏原因，并考虑到前期 “锚带网索喷”及 “锚带网索喷＋注浆”两个支护方案均无法取得有效控制，在此情况下，经分析后决定采用以 “锚带网索喷”为初始支护，“全封闭的U29型钢棚＋反底拱”为永久支护方案。

3.1 支护参数

3.1.1 辅助支护参数

锚杆规格为ø20 mm×2500 mm，间排距800 mm×800 mm，使用Z2350树脂药卷，用量为2卷／锚杆，施加预紧力矩100 N·m；锚索规格为ø17.82 mm×8300 mm，每断面布置2根，排距2400 mm，使用Z2370树脂药卷，用量3卷／锚索，施加预紧力100 k N；钢带采用ø16 mm钢筋制作的钢筋梯；金属网采用ø6.5 mm的钢筋点焊制作的钢筋网，网格尺寸为70 mm×70 mm和3000 mm×1000 mm两种；喷层采用C20混凝土，初喷厚度50 mm。

3.1.2 永久支护参数

（1）全封闭U29型钢棚，棚距800 mm，棚与棚之间用7道拉杆相互拉结，即帮部各两根，拱部3根，以确保U29型钢棚的纵向稳定，防止其发生侧向失稳。

（2）金属网采用ø6.5 mm钢筋点焊制作的钢筋网，网格尺寸为100 mm×100 mm和3000 mm×1000 mm两种，主要铺设在U29型钢棚的背面，并用12＃铁丝每隔300 mm与U29型钢棚绑扎牢固。

（3）复喷采用C20混凝土，喷厚以铺盖U29型钢棚为准。

（4）反底拱采用U29型钢，并在其上铺设毛石混凝土，沿巷道方向每铺设4 m预留0.4 m宽的变形缝，缝内用矸石充填，巷道底面全部用水泥砂浆抹平。

根据以上支护参数，其＋786 m水平车场内巷道和硐室的支护断面设计如图1所示。

3.2 支护机理

由于＋786 m水平车场内的巷道和硐室其围岩属未胶结的砂粒层，其特点是围岩自承能力较低，且风化或遇水浸泡后易变成泥砂状，为此采用了上述以 “锚带网索喷”为初始支护、“U29型钢棚＋反底拱”为永久支护的联合方案。该方案的支护机理主要体现在3个方面。

（1）紧跟掘进头实施 “锚带网索喷”，其目的是防止拱部冒顶及两帮偏帮，确保掘进头的施工安全。另外，在安装锚杆索时能给围岩施加主动抗力，提高了围岩的自承能力，并为围岩压力调整和永久支护留出一定的滞后时间，尤其是紧跟掘进头及时喷浆封闭，即防止了围岩风化，又可直观地观察到喷层开裂或脱落等现象，以此可决定永久支护的滞后距离或滞后时间，为防止围岩出现过度变形后再实施永久支护的被动状况。

（2）永久支护采用全封闭U29型钢棚，该棚主要由4节组成，安装时先用卡兰将拱与腿连接牢固并形成U型钢棚，该棚在围岩压力作用下靠连接处的卡兰产生摩擦滑动，并对围岩压力起到一定的让压作用，最后在复喷之前再在卡兰处施焊并形成刚性连接，从而提高了U型钢棚的刚度，避免了卡兰连接处的失稳破坏。

图1 ＋786 m水平井底车场重车及空车线支护方案

（3）当车场内某单项工程掘进完成后，对底板施工反底拱，反底拱的开挖深度从底板中间往下为巷道宽度的0.13倍并形成弧形状，然后在弧形底板上铺设钢筋网、架设U29型钢反底拱，则U29型钢反底拱的两端与已安装的U29型钢棚腿卡在一起并施焊。该U29型钢反底拱即起到了防止底臌的作用，又可避免U29型钢棚腿在两帮围岩挤压力作用下发生踢脚失稳。最后再在U29型钢反底拱上铺设毛石混凝土，铺设长度按块划分，即沿巷道方向每铺设4 m预留0.4 m宽的变形缝，且缝内用矸石充填，表面用水泥砂浆抹平；而预留变形缝的目的是给底板留出薄弱环节，以利于底板变形压力的释放，防止底板压力聚集后造成反底拱破坏，即使在预留变形缝处出现了底臌现象，其处理起来也相对较易，不会对巷内的运输及行人带来较大的影响。

4 矿压监测

根据＋786 m水平车场内巷道和硐室所实施的支护方案，为检验该方案的实施效果，对其进行了矿压监测，监测内容主要是围岩内部位移和表面位移，表面位移监测结果见图2。

由图2中可以看出，断面监测点设置后，从2010年9月2日至12月16日，两帮累计收敛位移19 mm，顶板下沉11 mm，底臌8 mm，从2010年12月16日至2011年5月16日共5个月未监测到任何变形发生，直接观察也未发现喷层开裂及金属网外凸等矿压现象，由此判断＋786 m水平井底车场内巷道和硐室已取得了有效控制。可见采用以“锚带网索喷”作为初始支护，“全封闭的U29型钢棚＋反底拱”作为永久支护，对强度低、遇水泥砂化且胶结程度差的巷道围岩是一种有效的支护方式。

图2 顶底板及两帮位移变化规律

5 结论

（1）根据＋786 m水平井底车场内巷道和硐室的围岩性状，对其进行了力学性质试验及物相成分化验，据此分析了巷道出现 变形破坏的原因，并为建立可行性支护方案奠定了基础。

（2）对于强度低、遇水泥砂化、胶结程度差且含有较高膨胀性成分的巷道围岩，采用了以 “锚带网索喷”为初始支护、“全封闭U29型钢棚＋反底拱”为永久支护，将内部和外部两种不同的支护方式结合起来，从而确保了＋786 m水平车场内巷道和硐室的有效控制，为类似条件的巷道支护具有一定的指导和借鉴意义。

［1］高俊峰，丁海强.软岩巷道底臌防治技术 ［J］.煤矿支护，2007 （2）

［2］王德田，胡兆峰.深部软岩巷道二次支护技术［J］.煤矿支护，2004（2）

［3］乔卫国，吕言新，林登阁.深井厚冲积层软岩马头门稳定性控制技术研究 ［J］.煤炭科学技术，2012（3）

［4］刘玉卫.三软煤层破碎围岩巷道钢-索联合支护技术研究 ［J］.中国煤炭，2012（2）

［5］刘凯.长环形支架 （U型钢）耦合加固技术研究与应用 ［J］.中国煤炭，2012（5）

Support technology on mud-sand surrounding rock in presence of water in＋786 m horizontal shaft bottom

Ma Tao
（Construction Project Management Department，Shenhua Ningxia Coal Industry Group，Yinchuan，Ningxia 750011，China）

According to the properties of mud-sand surrounding rock of roadway and chamber in presence of water in＋786m horizontal shaft bottom，the physical mechanical property test，the phase component assay and anchor pullout test are conducted，and based on them，the causes of deformation and failure of the roadway are analyzed，and then the method of“bolt-cable supporting，steel strip，metal mesh strengthening and concrete spraying”is taken as the initial support，and the“fully closed U29type steel shed and inverted arch”as the permanent support.After the scheme is implemented，the effective control of roadway and chamber within the shaft bottom is ensured.

roadway support，soft rock，bolt support，anchor cable support，U29type steel shed support，grouting

TD353

A

马涛 （1967-），男，宁夏石嘴山人，高级工程师，1989年西安矿业学院机械制造工艺与设备专业毕业，现在神华宁夏煤业集团公司建设工程管理部从事基建矿井管理工作。

（责任编辑 张毅玲）