斜井暗槽黄土层段联合支护应用与分析

2014-07-14梅晓范志刚贾志晖彭晓辉

中国科技纵横 2014年6期

关键词：喷浆

梅晓+范志刚+贾志晖+彭晓辉

【摘要】黄土具有垂直节理发育、透水性好、遇水易软化等特性，综合考虑各方面因素，在渑池曹跃矿业公司斜井暗槽（黄土层段）支护中首次提出了采用锚网喷+U型钢支架（铺设钢筋网）+喷射混凝土联合支护形式，取得了良好的支护效果，确保了工程质量和施工安全，为类似地质条件下的巷道施工提供了宝贵的经验。

【关键词】暗槽联合支护打锚杆挂网喷浆支护强度

1 引言

一般传统的架棚、砌碹巷道支护只是被动的控制围岩的位移和变形，而且只在一定的应力范围和时间空间内适用。锚网喷+U型钢支架（铺设钢筋网）+喷射混凝土联合支护是通过锚入围岩内部的锚杆，充分利用围岩自身抗压，在巷道周围形成一个整体、稳固的支撑带；同时利用U型钢支架强抗压能力和可缩性，结合喷射混凝土使其形成整体结构，主动支护与被动支护相结合，从而达到维护巷道的目的。斜井暗槽（黄土层段）支护采用锚网喷+U型钢支架（铺设钢筋网）+喷射混凝土联合支护技术，先卸压后支护，采用小循环、放小炮松动掘进、短掘短支的方法施工，在施工的安全、质量、工期和效益上均取得了良好的支护效果。

2 工程概况

渑池曹跃矿业一水平副二井原为行人副斜井，位于一水平副一井与箕斗主斜井之间，地面位于矿区工业广场西北部，井口标高+714.09m，井底标高+517.8m，巷道原净断面积仅为4.44m2，为便于今后公司“煤铝联采”战略的实施，保证铝土矿的提升，需要对其进行扩修和延伸。

一水平副二井于2011年9月开始施工，设计扩修巷道全长603m，黄土层段向下至基岩段延伸不小于5m，按暗槽（黄土层段）支护标准施工。其中黄土层段坡度为24.5°，包括明槽斜长15m和暗槽（黄土层段）斜长42m。巷道采用三心拱断面，底部净宽5.95m，中心位置处净高4.0m，净断面积20.5m2，设计掘进断面积22.9m2。（巷道断面布置如图1-1）。

3 支护研究分析

曹跃矿业黄土层覆盖于各地质年代地层之上，为淡黄、土黄色之风成黄土，夹钙质结核，局部由河床砾石、卵石、坡积物组成，厚度10m～16m。

黄土除具有普通软弱围岩的特征外，还具有垂直节理发育、透水性好、遇水易软化等特性。“强支护”是黄土层巷道设计指导原则之一。

锚网喷联合支护是近年来普遍推广应用一种施工工艺，可以及时封闭围岩，减少围岩的暴露时间，更好地利用围岩自身的支撑能力，形成主动支护，且支护后可以直接利用自然平衡拱原理锚固外部围岩，大大提高巷道抵抗变形能力，有效延长巷道的服务年限。

U型钢可缩性金属支架主要具有承受压力大，支撑时间久，抗拉强度、抗压强度较高等特点。较其他刚性支架具有可缩性和稳定可靠地承载能力，适应松软围岩的载荷和变形，断面利用率高，支架支回方便，维修量小，支架回收率高，减少坑木使用，环保效益十分明显。

综合考虑各方面因素，在曹跃矿业斜井暗槽（黄土层段）巷道支护中首次采用锚网喷+U型钢支架（铺设钢筋网）+喷射混凝土联合支护形式。

4 施工方法、支护参数及其他加固措施

4.1 工艺流程

掘进施工→打锚杆、挂金属网→初喷混凝土→架设U型钢支架（铺设钢筋网）→复喷混凝土。（根据曹跃矿业公司地质资料和长期积累的施工经验，采用锚网喷为临时支护，架设U型钢棚复喷混凝土作为永久支护）。

4.2 掘进施工

掘进时严格控制空顶距，严禁超前空顶作业，采用小循环方式、放小炮松动掘进，短掘短支，控顶距离为0.8m。

4.3 打锚杆挂金属网

锚杆不同于一般的支架，它不是消极地承受巷道围岩所产生的压力和阻止破碎岩石的冒落，而是其具有悬吊、组合梁、挤压加固和减小跨度作用，通过锚入围岩内锚杆来改变围岩本身的力学状态，并有一定的伸缩性，可随巷道围岩同时变化，而不失去支护能力，从而实现支护一体化、载荷均匀化，达到巷道支护稳定的目的。根据需要设计锚杆采用管缝锚杆，其结构简单，施工方便，靠摩擦力实现全长锚固，在锚杆受围岩横向位移力时，锚固力更大，而且不易折断。采用管缝锚杆长度为1.8m，直径40mm，间排距为800mm×800mm；托盘用3#钢制成，厚度6mm，尺寸150mm×150mm。锚杆方向垂直于巷道周边，为了防止巷道底臌，底角锚杆与巷道底板布置成30°。锚杆每排15根，按“先顶后帮”的顺序打设，先在顶部打设7根，然后两帮各打设4根。（锚杆布置见巷道断面支护图1-2）。

同时针对黄土围岩强度小易脱落的情况，使用菱形金属网配合锚杆，主要是防止锚杆间的松软黄土或碎石块垮落，提高支护的整体性和安全性。菱形金属网采用Φ4mm的镀锌铁丝纺织而成，网孔规格为60mm×60mm，压接长度不得少于100mm，每隔200mm用8#铁丝连接牢固。

4.4 初喷混凝土

喷射混凝土是唯一能够与围岩壁面大面积牢固粘附的支护手段，也是适用于各种围岩的一种有效支护手段，其具有及时、密贴、早强、封闭的特点，起到支撑、充填、隔绝和柔性支护的作用。黄土层巷道中其作用主要来自喷混凝土与黄土表面的粘着力所产生的抗剪阻力。锚杆挂网打设好后，及时对巷道进行初喷，初喷厚度不少于50mm，以保证所喷混凝土对黄土层支护的效果和提高施工的安全性。菱形金属网对混凝土起到一个挂浆的作用，并保证喷射混凝土以后与金属网形成一体，提高混凝土的强度，最终使混凝土强度不小于C20，达到支护的目的。

4.5 架设可缩性U型钢支架

可缩性U型钢支架具有承受压力大，支撑时间久，易安装不易变形，适用于松软围岩的载荷和变形等特点，根据曹跃矿业公司井下长期使用U型钢支架支护的实践经验，一水平副二井扩修采用6.0m×4.2m，36U型钢支架进行架设，共5节，其中梁长2.4m，腿长3.07m；棚距中对中600mm，搭接长度为450mm，每一搭接处使用卡缆三个，卡缆扭矩不得小于350～450N·m，棚与棚之间用金属拉杆连接，每棚拉杆不少于3块，要求卡缆、拉杆上紧拧牢，位置统一，且成直线；柱窝深200mm。架棚时，在里侧紧贴支架均匀铺设一层钢筋网，钢筋网由Φ6.5mm钢筋焊接而成的大网格金属网，金属网规格为1.5m×1.0m，网孔规格为80mm×80mm，压接长度不小于100mm。（U型钢支架断面设计如图1-3）。endprint

4.6 复喷混凝土

可缩性U型钢支架架设完毕后及时对巷道进行复喷，设计巷道喷射混凝土总厚度为200mm，并保证与支架内侧喷平齐，锚杆、两层金属网与U型钢支架紧密结合，形成钢网、钢梁混凝土结构。喷射混凝土层封闭了围岩表面，完全隔绝了空气、水与围岩的接触，有效地防止了风化潮解而引起的围岩破坏欲剥落；同时，由于围岩裂隙中充填了混凝土，使裂隙深处原有的充填物不致因风化作用而降低强度，也不致因水的作用而使原有的充填物流失，使围岩保持原有的稳定性和强度，从而达到了永久支护的目的。

4.7 其它加固措施

4.7.1 增加增阻块

在U型棚梁、腿搭接处外侧下端20mm位置处增加一组增阻块，增大棚子工作阻力，避免棚梁下滑，使巷道抗顶压提高了一倍。（增阻块位置见图1-3）。

4.7.2 料石垫底

在架设U型钢支架前，利用原有砌碹巷道的料石对两帮U型钢支架腿进行垫底，这样增大了U钢支架柱脚与巷道底板的接触面积，能有效防止巷道整体下沉，提高了巷道抗顶压能力，从而增强了巷道的支护强度；同时合理利于原有砌碹巷道的料石，减少了材料的浪费，节省了成本的投入。

4.7.3 设置联锁装置

在距U型钢棚腿底座1.5m高度处设置工字钢联锁装置，每4棚一联锁，联锁由（矿废旧）工字钢+卡缆（废旧螺纹锚杆加工）组成，工字钢每端伸出棚外不得少于100mm，每一搭接处使用卡缆固定。设置联锁装置使巷道所有棚梁形成一个整体，大大提高了棚梁抗侧压能力和整体支护强度。目前，这一措施在曹跃矿业公司井下巷道施工中正得到全面推广。（联锁装置位置见图1-2）

4.7.4 打设横截水沟

在巷道底板每隔15m打设一条宽、深都为0.2m坡度不小于3°的横截水沟，保证流水能方便的流入巷道下山水沟内。另外在巷道紧挨每一渗水点下方加设横截水沟。这样能够防止巷道底板流水冲刷、侵蚀，对加固巷道底板、阻止底鼓有明显的作用。

5 支护效果

经过实践，曹跃矿业一水平副二井扩修于2012年8月初安全顺利施工完毕，支护效果良好，至今在生产过程中围岩、喷层、支架和底板未出现任何明显变形，不但有效保证了巷道断面，而且节省了巷道维修方面大量的人力、物力投入，从而取得了很好的支护效果与经济效益。

6 结语

在暗槽（黄土层段）支护中首次采用打锚杆挂金属网进行初喷，效果显著。钢网、钢梁混凝土砌碹结构使单个支护变为整体支护，大大提高了巷道的整体支护强度，使巷道围岩能够均匀受力，经过检验，该巷道支护强度高，稳定性强，减少了巷道的维修工程量，降低了维修费用，具有良好的经济效益。创造了安全的工作场所，安全效益显著。

实践证明，斜井暗槽（黄土层段）巷道支护采用锚网喷+U型钢支架（铺设钢筋网）+喷射混凝土联合支护形式在技术上可行，安全上可靠，在今后斜井暗槽（黄土层段）施工中必将得到进一步推广应用。

参考文献：

[1]张荣立，何国纬，李铎.采矿工程设计手册.北京：煤炭工业出版社，2003.

[2]何满潮，孙晓明.中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南.北京：科学出版社，2004.