高应力大断面硐室联合支护技术研究与应用

2013-11-06秦德阳胡同岭

江西煤炭科技 2013年1期

秦德阳，胡同岭

（郑州煤电股份有限公司告成煤矿，河南登封452477）

1 绞车房概况

1.1 地质概况

25采区绞车房位于－110m水平，原生顶板区为深灰色的砂岩，局部相变为砂质泥岩，厚2.70～25.44m，一般为6.6m。滑动构造断裂带为断层泥或断层角砾岩，厚0.45～31.2m。L7灰厚约8m，L5－6灰不发育，L7灰底下距L1－4灰顶约30m，L1－4灰厚约20m。25采区绞车房在L8灰岩及以上页岩层位掘进，巷顶距离煤层垂距为5.5m。

1.2 工程概况

25绞车房总工程量38m，其中操控硐室工程量4m，绞车房工程量8m，绞车房通道工程量9m，电控硐室工程量9.5m，通风孔工程量7.5m。25采区绞车房掘进断面40m2，宽8.6m×高5.6m，锚网喷净断面38.4m2，宽8.4 m×高5.5m，架棚后净断面35.5m2，宽8.0m×高5.3 m。

2 支护方案的提出与实施

2.1 支护方案

从已施工的25采区3条下山情况来看，由于受滑动构造和大断层的影响，该掘进区域的岩层具有松软破碎，强度低，稳定性差，遇水易膨胀，围岩变形量大，支护过的巷道易变形，在静压下总变形量在500mm以上的特征，给掘进支护工作带来极大的困难，如何进行支护是摆在我们面前的一个技术难题，结合实际地质状况，为保证快速、安全施工，必须选择合理的支护方式和施工顺序，来确保绞车房支护的永久性，但由于以下几方面原因不得不重新考虑绞车房的施工顺序和支护方案：（1）25采区绞车房设在L8灰岩及以上层位掘进，巷顶距离煤层垂距只有5.5m，顶板岩石较破碎；（2）施工断面超大；（3）周围巷道布置较为集中，交叉点多，与25采区皮、轨、回风下山上车场仅留设16m岩柱，属高应力集中区域。

也正由以上因素决定了该区域掘进巷道支护的复杂性，如选择单一的支护形式，难以保证支护效果，施工过后的巷道出现变形，二次维修将极其困难，整个25采区运输系统将会陷入瘫痪状态，极大地影响采区生产〔1－2〕。为确保支护过后巷道一次成巷，不变形、不维修，和从保障巷道长期支护效果角度出发，在经过研讨和对围岩应力的分析，制定了一套系统化的支护体系，即采取了分层先柔后刚的支护形式来解决支护难题，即采用锚网喷＋巷壁打锚索＋特高、大跨度U型钢支架＋喷浆＋围岩中、深孔注浆支护的支护方式（见图1）。

2.2 施工工艺流程

施工绞车房导硐→对导硐进行临时支护→扩刷绞车房→打锚杆、挂网、喷浆成型→浅孔壁后注浆→打锚索加固→架设U型钢→喷浆封闭→中深孔注浆加固。

图1 绞车房联合支护设计断面（单位：mm）

2.3 支护技术参数

（1）导硐施工采用Φ18mm×1800mm左旋无纵筋螺纹钢等强树脂锚杆，锚杆间、排距分别为800mm、800mm，导硐扩刷选用Φ18mm×2300mm的等强全丝锚杆。每个锚杆孔使用2支Z2350型树脂锚固剂。两帮底角锚杆设计向下扎角15°，辅助控制巷道底鼓，要求锚杆预紧力矩应不小于300N·m。

（2）采用高强度钢筋网护表，采用Φ10mm圆钢，网孔为60mm×60mm，网规格为1000mm×2000mm，网间绑扎，网与网搭接200mm。

（3）锚杆托盘采用厚度为10mm鼓形托盘，大小为150mm×150mm，材质为A3钢。

（4）为提高锚网支护承载结构的结构稳定性，采用小孔径高强预应力锚索实施结构补偿，不仅要提高锚网基本支护形成组合梁或组合拱结构的抗变形能力，还要提高浅部围岩的稳定性，结构补偿锚索选用Φ17.8mm×8000 mm 1860钢绞线，锚索间排距1.5m×1.5m，每个锚索孔使用4支Z2350型树脂锚固剂，理论锚固长度接近2.3m，要求锚索预紧力不低于80kN。

（5）U型钢支架材质为U29型，采用直腿半圆拱3节支架；铺帮、顶采用金属网，规格1.0m×1.0mm，网孔40 mm×40mm，用Φ3mm铁丝编织。

（6）U型钢支架，采用3节29＃U型钢直梁，根据设计要求加工成特殊U型钢支架，梁弧长4200mm，梁弦长4000mm；腿长6600mm，其中腿弧长4700mm，直腿长1600mm；柱角采用20mm厚的钢板，柱窝埋深300mm，成巷后断面35.5m2。

（7）喷射砼采用P.O32.5普通硅酸盐水泥、中粒河砂、人工碎石并按照其重量比1∶2∶1.5配成C15砼，水灰比为0.45。喷拱时，速凝剂掺入量为水泥用量的5%，喷墙时，速凝剂掺量为水泥用量的3%，喷层厚度为100 mm。

（8）水泥浆：按照质量比水∶水泥＝1∶1.1～1∶1.5的比例配制，注浆管采用Φ20mm的钢管，分别加工成长1 m和长2m的注浆管，分别用于浅孔注浆和中深孔注浆，中深孔和浅孔相间布置，间距均为2m，排距为2m。

3 支护实施效果分析

2010年10月绞车房开始施工，于2011年2月份完工，投入使用已有20个多月，基本上没有发生变形。通过采用锚网喷＋巷壁打锚索＋特高、大跨度U型钢支架＋喷浆＋围岩中、深孔注浆支护，改变了传统的单一支护形式，充分发挥了多种支护的优越性。在将近20个月对绞车房50m范围的巷道位移变形量进行观测，由于受13171工作面回采的影响，绞车房临近的－110m运输大巷、25采区皮带下山车场及25采区变电所已经有明显的变形，灰皮严重开裂，影响到巷道的使用安全，采取打锚索加固，截止2012年6月绞车房临近的其它巷道已扩修加固两次，25采区变电所也刚刚采用3m高强锚杆加固结束。而25采区绞车房自投入使用至今，围岩变形量微小，且在支护完成60d后基本稳定，未有裂痕和灰皮脱落现象，外观整洁，硐室成型效果非常理想，支护效果良好，达到了预期效果。实测数据经整理后，分别绘出该巷道变形曲线（见图2）。