弱胶结软岩斜井支护形式及监测方案研究

彭 伟 李 军 荆 平 惠永岗 程子厚 王 磊

(1.鄂尔多斯市昊华红庆梁矿业有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 014316；2.北京中煤矿山工程有限公司,北京 100013； 3.煤矿深井建设技术国家工程实验室,北京 100013)

弱胶结软岩斜井支护形式及监测方案研究

彭 伟1李 军1荆 平1惠永岗1程子厚2,3王 磊2,3

(1.鄂尔多斯市昊华红庆梁矿业有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 014316；
2.北京中煤矿山工程有限公司,北京 100013； 3.煤矿深井建设技术国家工程实验室,北京 100013)

鉴于红庆梁矿主斜井随着掘进深度的不断增加，主斜井顶板、两帮均出现不同程度的渗水现象，尤其是底板部分出现了大量的涌水使得掘进速度变慢，围岩遇水软化，施工难度大，提出了树脂锚杆+注浆锚杆+金属网+喷射混凝土封闭式支护形式，并阐述了具体的支护措施，指出该支护形式机械化程度高、施工速度快、综合效益好，可用于能注入浆液的砾岩层。

弱胶结软岩，涌水，树脂锚杆，注浆锚杆，封闭支护

1 概述

红庆梁矿主斜井原设计的主要支护形式为锚网索喷联合支护形式，在主斜井掘进初期此种支护形式发挥了明显的优势作用。但随着掘进深度的不断增加，主斜井顶板、两帮均有不同程度的渗水现象，尤其是底板部分出现了大量的涌水使得掘进速度变慢，而且使得锚喷支护效果大打折扣[1-4]。

鉴于此，研究决定针对当前渗水问题以及后续深部地压较大提出了树脂锚杆+注浆锚杆+金属网+喷射混凝土封闭式支护形式[5-7]，所谓封闭式支护形式，即在底板处向下开挖450 mm，每次开挖宽度约为0.8 m～1 m，可从两边向主斜井轴心方向同时开挖。之后铺设150 mm厚的普通碎石，碎石铺设要求碎石之间孔隙度大一些，便于排水和后期壁后注浆，并现浇厚度为300 mm的水泥混凝土，并预埋注浆管，使得地下水可由注浆管排出，待现浇混凝土强度达到设计值后，向注浆管注浆，从而达到封闭底板出水、增加支护体强度、提高岩体稳定性的目的。

2 支护参数确定

2.1 锚杆支护参数的确定

锚杆采用高强树脂锚杆和注浆锚杆，二者各自发挥优势，树脂锚杆发挥其高承载力这一特点，注浆锚杆发挥能封水的特点。两种锚杆间隔布置，围岩应力由二者共同承担[8-10]。锚杆长度根据悬吊理论及免压拱理论计算，即l=l1+l2+l3，l1取0.05 m，l2为冒落拱高度，l3取0.6 m。

根据莫斯特科夫理论计算冒落拱高度，即:

其中，k为修正系数，对于f=2～4埋深H≤100 m情况，k=1.0；对于100 m

则:

锚杆长度为：l=l1+l2+l3=0.05+1.72+0.6=2.37 m,取l=2.4 m。

锚杆直径计算，设锚杆锚固力为Q，锚杆杆体承载力为P，一般P=Q，且有：

Q=π(d/2)2σt。

其中，d为锚杆直径，mm；Q为锚杆锚固力值，取50 kN；σt为螺纹钢抗拉强度设计值，取300 MPa。

则：

根据规范规定锚杆每延长米锚固力不小于25 kN/m,依据2.1中锚杆长度2.4 m则锚杆锚固力不小于60 kN，并根据经验取锚固力值Q=70 kN。σt为螺纹钢抗拉强度值，取300 MPa。d=17.26 mm，根据工程经验取锚杆直径为20 mm。

锚杆间排距：锚固力Q应等于杆体承载力，杆体能承载平均作用范围内岩石的重力。

则锚杆间排距为：

其中，a为锚杆间距，m；Q为锚杆锚固力设计值，取50 kN；K为锚杆的安全系数，取1.5～1.8；γ为顶板岩体的容重，取23.5 kN/m3。

则:a=1.310 7 m，依据经验可取为800 mm。

红庆梁矿主斜井为半圆拱断面，其巷道毛断面周长为12.53 m。则拱顶及两帮的锚杆数目为12.53/0.9=13.9，取14根。实际间距为12.53/14=0.89 m，满足要求。锚杆的排距取800 mm。当掘进到中深部后，为提高支护的安全可靠性，锚杆的间距和排距均取为800 mm。锚杆的布置方式采用树脂锚杆与注浆锚杆间隔布置。

2.2 主斜井喷射混凝土参数设计

喷射混凝土主要由水泥、砂、石子和速凝剂四种材料组成。其中针对红庆梁矿主斜井巷道围岩喷射混凝土的配比为水泥∶石∶砂=1∶2∶2，速凝剂的掺量为实际使用水泥重量的3%。经计算，按照设计要求红庆梁矿主斜井巷道喷层每立方米混凝土中各种材料的用量，具体数据见表1。

表1 1 m3喷射混凝土中各种材料的用量

喷层厚度计算公式为：

其中，对锚喷k′=0.25；a=B/6=6.2/6=1.03 m，取a=1.0 m；m=1.0,σt=1.2 MPa。则:

结合工程实践经验，取喷层厚度300 mm。

2.3 金属网、钢带与托盘

根据经验采用φ6 mm圆钢焊接网，其网格尺寸为100 mm×100 mm，网片长度按周边长度计算，每片搭接100 mm；宽度为锚杆间排距加100 mm。托盘采用边长为150 mm的方形钢板，钢板厚度10 mm。钢带采用φ=12 mm的圆钢焊接而成，宽度为100 mm，长度根据现场施工情况确定。

2.4 锚固剂的选择与预应力的确定

根据《采矿工程设计手册(2003)》和MTT 1104—2009煤巷锚杆支护技术规范中相关规定，钻孔直径取28 mm，选用直径为23 mm的树脂锚固剂，锚固力在50 kN以上。锚杆安装完成后施加预应力，为初锚固力的60%。断面设计图如图1所示，其技术特征见表2。

表2 斜井断面技术特征

3 结语

本章根据《中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南》《采矿工程设计手册》等资料并结合课题组已有软岩巷道支护技术的研究经验，针对红庆梁煤矿主斜井软岩含水地质条件下井筒渗水较大段提出了树脂锚杆+注浆锚杆+金属网+喷射混凝土的新型封闭式支护形式。

该方案采用树脂锚杆和注浆锚杆相结合的方式，发挥各自的优势，树脂锚杆发挥其高承载力这一特点，注浆锚杆发挥能封水的这一特点，两种锚杆间隔布置，围岩应力由两种锚杆共同承担。针对底板渗水量大的问题，课题组研究决定在底板处先铺设一层约150 mm的普通碎石，然后浇筑300 mm的防水混凝土并预埋注浆管，注浆管一端埋设在碎石层中，另一端超出混凝土面层，待混凝土达到设计强度后，进行注浆封闭。这种支护形式具有施工速度快、机械化程度高等优点，产生了较好的综合效益，降低了工人的劳动强度，能较为充分的发挥围岩自承能力，可用于能注入浆液的砾岩层。

在红庆梁弱胶结软岩斜井巷道掘进过程中，这种封闭支护形式有效地防止了地下涌水事件的发生，避免了由涌水造成的围岩软化对施工的影响。

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Study on support forms and monitoring scheme of inclined shaft of weak-bonding soft rock

Peng Wei1Li Jun1Jing Ping1Hui Yonggang1Cheng Zihou2,3Wang Lei2,3

(1.ErdosHaohuaHongqingliangMiningCo.,Ltd,Erdos014316,China;2.BeijingChinaCoalMiningEngineeringCo.,Ltd,Beijing100013,China;3.NationalEngineeringLaboratoryofCoalMineConstructionTechnology,Beijing100013,China)

In light of inclined shaft conditions of Hongqingliang mine including tunnel depth increasing and top inclined shaft roof and lateral leakage phenomenon and tunneling slowing owning large amount of bottom water bursting, water softening of surrounding rock, construction difficulty, the paper puts forward enclosure support forms of resin bolt+grouting bolt+mental network+spraying concrete, and describes its specific support measures, and finally points out its advantages, such as higher mechanization, fast construction speed, comprehensive benefits and being good for grouting slurry into conglomerate layer.

weak-bonding soft rock, water-bursting, resin bolt, grouting bolt, enclosed support

2015-06-03

彭 伟(1966- )，男，高级工程师

1009-6825(2015)23-0037-02

TD355.9

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