联合支护在复杂地质条件下大断面巷道支护加固中的应用

李文庭 LI Wen-ting；刘昌龙 LIU Chang-long

（陕西铜川矿业有限公司生产部，铜川 727000）

（Production Department of Shaanxi Tongchuan Mining Co.，Ltd.，Tongchuan 727000，China）

0 引言

煤矿巷道支护经历了木支护、砌碹支护、型钢支护到锚杆支护的漫长过程，国内外的实践证明，锚杆支护是经济、有效的支护形式，比其它支护形式有着难以比拟的优越性。随着锚杆支护的推广应用，在实践生产应用中为适应不同的地质状况并考虑成本因素，锚杆的材质也在不停的变化着，如铁丝锚杆、圆钢锚杆、螺纹钢锚杆等在不同的围岩特征下都有着广泛的应用。在复杂地质条件下特别是大断面的巷道支护中，仅仅依靠简单的锚杆支护已不能满足巷道的正常使用，因此采用联合支护形式，充分发挥各种支护形式的优越性，取长补短，相互配合从整体上提高支护效果便成为支护发展的方向。支护方式的多样性，材质的多样性，不同的组合产生的支护效果也会不同。本文以下石节煤矿为例，阐述了通过多种尝试，摸索出的大断面复合支护在一定的地质条件下取得的成功，为类似地质条件下的巷道支护提供了一定的实践基础。

1 工程概况

下石节煤矿井田地处黄陇侏罗纪煤田焦坪矿区西南部，煤系地层为倾向北西的单斜构造，分属中侏罗系直罗群及下侏罗系延安群。目前开采深度约600m左右。煤系地层地质条件较差，地压显现强烈。矿井布局为“一井一面”的集约化生产布局，采用一次采全高的回采工艺，自然跨落法管理采空区。950轨道石门为下石节煤矿的井底辅助运输巷，肩负着矿井辅助运输及出矸任务。950轨道石门直接底板为炭质泥岩，片状、松散、破碎，厚度1m左右，其下为根土岩，灰褐色泥岩，块状，厚度2.98m。花斑泥岩，为紫杂色泥岩，团块状、含铝质，厚度5.6m。煤层直接顶板为深灰色粉细砂岩，泥岩胶结，斜层理及缓波状层理，厚度21.9m左右，老顶为灰色粗砂岩，中厚层状，主要成分为石英及长石，泥质胶结，易风化，厚度16.8m左右，井田东部相变为细砂岩。

下石节煤矿950轨道石门采用直墙半圆拱型断面，巷道毛宽5.4m，巷高4m，直墙高1.3m，巷道毛断面18.47m2。此条巷道整体为穿层巷道，层位从煤层底板穿过煤层，最终至煤层顶板。巷道层位处在煤层底板和煤层中的巷道，支护破坏较大，巷道层位完全处在煤层顶板段的巷道基本无变化。根据巷道所处层位，巷道支护破坏段围岩硬度为3，属于松软型。巷道原支护采用的是锚杆规格为φ20×2250毫米螺纹锚杆，网为1×10米的铁丝网，顶板每排布置2组锚索，规格为φ15.2×6200毫米的强力钢绞线，两根一组的组合锚索，托梁为3米长的12#槽钢。在此种支护情况下，巷道在使用过程中，由于巷道来压，在1年的周期内，顶板出现0.3-0.7m的下沉，帮部位移量在0.4m左右，顶帮出现网包离层，底板出现0.5-0.8m不等的底鼓，巷道断面收缩较大，因此必须进行扩巷维修，造成巷道返修率高。同一段巷道经过多次维修后，巷道围岩的松动圈越来越大，给支护带来了较大的难度。从巷道原有锚网支护的失稳、破坏形式看，大部分锚网支护巷道的失稳、破坏都以支护承载结构的结构性失稳为主。在特定的条件下，影响支护承载稳定性的主要因素可归结为两大方面，一是支护材料的强度；另一方面则是由支护承载结构的自身稳定性所决定。对支护承载结构而言，其失稳、破坏首先发生在支护结构实际受力超过其许用应力的危险截面（薄弱部位），并随着破坏区域的非线性扩展，最终导致支护承载结构整体失稳。因此，在巷道支护设计中，针对特定的条件，如果是支护材料强度方面的原因，则应提高支护材料的强度；如果是支护承载结构本身稳定性差，则应分析引起巷道支护承载结构失稳破坏的原因，采取相应措施，在确保支护材料自身强度的前提下，对支护承载结构存在的薄弱部位进行加强，提高支护承载结构的稳定性。在直墙半圆拱巷道锚网支护承载结构实际承载过程中，帮部梁结构是顶部拱结构的基础。为适应巷道围岩变形特征，提高锚杆支护承载结构的稳定，应采取相应措施首先加强两帮梁结构的稳定性。同时根据巷道围岩的变形特点和锚网支护承载结构的稳定性，采用锚索对锚杆支护进行加强。其重点是根据支护结构补偿原理，合理确定加强支护位置。支护加强位置的合理选择，是基于结构补偿后能大幅降低支护结构的不均匀变形，提高支护结构的整体稳定性。根据巷道围岩条件和巷道围岩变形特征，采用锚索进行结构补偿，防止锚网支护承载结构的不均匀变形，提高锚网支护承载结构整体的稳定性。

2 维修加固方案

2.1 施工工艺 巷道经过扩巷维修达到设计断面后，先对巷道进行混凝土初喷，控制围岩的塑形变形，尽量减少围岩的裸露时间，降低围岩的风化，使本就脆弱的围岩不至于很快松动剥落。初喷后按正常支护顺序进行锚网索喷支护，最后对巷道全断面注浆，继续对松动及破碎围岩进行加固，利用浆液将松散破碎的围岩胶结成整体,提高围岩自身的强度，使其承载力增强，最大程度上发挥其整体的稳定性。

2.2 支护参数 锚杆规格为φ20×2250mm螺纹锚杆，护表为1×2米的钢筋网，巷道顶板每排布置5组锚索，两帮各布置一组锚索，锚索为φ17.8×6200mm的钢绞线，两根一组的组合锚索，托梁为3m长的18#槽钢，每两排锚杆之间在拱间、底脚各补打一根加强锚杆，巷道全断面喷浆，封闭喷射混凝土所用的水泥标号为425＃硅酸盐水泥，砂子为中粗砂，石子粒径为6～9mm的碎石，其配合比（重量比）为1：2：2，水灰比为0.45，速凝剂掺量为不少于水泥用量的3%，不大于水泥用量的5%。全断面注浆，注浆锚杆采用4"的钢管，长度1.5米，注浆锚杆的间排距为1.6×1.6米，与螺纹杆锚杆插空布置。

2.3 方案特点 增加布置的顶底角锚杆，降低了巷道拱间容易破坏变形的程度，特别是在围岩松软，巷道成形差的巷道中，增加布置的顶底角锚杆与正常布置的顶底角锚杆组成的间距为0.4m的密集支护区，基本消除了巷道拱间的支护薄弱点，从整体上提高了支护强度。护表采用的钢筋网，有效的增加了护表能力，提高了支护强度。锚索为φ17.8×6200毫米的强力钢绞线，两根一组的组合锚索，托梁为3米长的18#槽钢的锚索支护，同时增加布置帮锚索，从整体上增加了支护强度，提高了支护效果。采用全断面注浆，注浆后浆液将松散破碎的围岩胶结成整体，从而提高了岩体的自身强度，有效的提升了岩体的力学物理性质，从而实现利用围岩自身作为支护结构的重要部分，充分提高围岩的自承能力。

2.4 方案施工要求 在巷道施工时巷道尺寸必须达到设计要求；锚杆，锚索位置、角度严格按照设计要求施工；锚杆，锚索孔一定要吹洗干净，严禁使用变质的树脂锚固剂；锚杆和锚索角度垂直岩面；钢筋网与围岩间一定要喷严喷实；为了保证施工质量，须对锚固力进行抽检，抽检不合格的锚杆索，必须在其周围补打合格的替代锚杆索；锚索安装两天后，如发现预紧力下降，必须及时重新张拉；锚网支护施工质量检查合格后方可喷浆。

3 结论

采用此种复合支护的巷道，在巷道使用中，巷道来压对巷道的支护破坏不大，巷道形变不明显，但局部会出现浆皮开裂现象，部分底板会出现底臌，在使用中，通过及时敲掉开裂浆皮，进行小范围的起底处理，就能保证巷道的正常使用，且上述维修成本较低。此种复合支护方式的缺点是初次投资较高，但在单位时间内巷道的返修率大幅下降，总体上衡量，总投资成本还是有所降低，对于围岩状况较差的区域，巷道维修中使用此种支护方式能起到较好的效果。

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