二次锚网喷+锚索复合支护技术在矿井主排水泵房大断面硐室的应用

刘建林，陈加更

(陕西华电榆横煤电有限责任公司，陕西 榆林 719000)

二次锚网喷+锚索复合支护技术在矿井主排水泵房大断面硐室的应用

刘建林，陈加更

(陕西华电榆横煤电有限责任公司，陕西 榆林 719000)

小纪汗煤矿井下主排水泵房原设计支护方案施工工序复杂、施工工期较长、工程造价较高，严重影响矿井建井工期和投资回收。对井下主排水泵房、水仓支护工艺进行设计优化，在满足规范、标准要求的前提下，提出了二次锚网喷+锚索复合支护技术。矿压监测结果显示：该支护方案满足了硐室支护要求，保证了锚杆和锚索支护的支护质量，形成了适合小纪汗煤矿水泵房大断面复杂巷道的支护系统，有效控制了硐室围岩变形与破坏。

大断面硐室；二次锚网喷；锚索；支护方案

0 引言

小纪汗煤矿井下主排水泵房原设计掘进高度为8 920 mm，掘进宽度为6 040 mm，断面设计较大，采用锚网喷+钢筋混凝土砌碹复合支护方案。永久混凝土砌碹支护工序较复杂，工期较长，工程投资较大；同时，巷道设计高度较高，混凝土砌碹上料比较困难，砌碹接顶支护难度较大。为此，小纪汗煤矿对井下主排水泵房、水仓支护工艺进行设计优化，在满足规范、标准要求的前提下，提出了水泵房大断面采用二次锚网喷支护方式：锚网喷一次支护防止围岩分化，积极控制巷道顶板围岩，二次支护再次加强支护[1]。

1 硐室顶板岩性条件及锚网喷适应性分析

硐室位置煤层平均厚度为2.3 m，硐室底板处于煤层底部，根据水泵房附近SK1610f钻孔可知：煤层顶板直接顶岩性为浅灰色厚层状泥岩，水平层理比较发育，与下层明显接触，岩石质量指标(RQD)为50.0%；老顶主要为浅灰色中粒长石砂岩，分选性中等，孔隙式泥质胶结，RQD大于81.1%，岩层厚度大于10 m，岩层稳定性较好。根据实际揭露情况，主排水泵房围岩下部为2煤，2煤以下为细粒砂岩，上部主要为中粒砂岩，中间夹泥岩层。硐室顶板置于煤层老顶岩层，顶板结构完整，岩石稳定性较好。巷道顶板无淋水现象，能够保证硐室顶板支护完成后不会出现滴水，支护表面不会出现湿渍和水珠等。从硐室顶板岩性特征、岩体结构面特征、岩石完整性、岩石抗压强度等方面分析，水泵房适合锚网支护，并帮、顶部采用锚索加强支护；同时，为防止后期受采动影响而造成导通含水层，进一步导致硐室顶板淋水，喷浆材料中增加防水剂。

2 巷道支护具体方案

2.1 硐室一次锚网喷支护方案

硐室一次支护采用ø20.0 mm×2 400 mm型左旋无纵筋螺纹锚杆，配合使用高强度螺母、调心垫。锚杆采用150 mm×150 mm×10 mm拱形高强度托盘，锚固方式为加长锚固，锚固长度为1 300 mm，采用K2335和Z2360锚固剂各1支。锚杆间排距为800 mm×800 mm，锚杆采用扭矩倍增器预紧，预紧力矩为400 N·m。金属网采用ø6.5mm的Q235钢筋制作，网格尺寸为120 mm×120 mm，金属网在安装锚固时装好。锚索采用ø17.8 mm×6 300 mm的钢绞线制作，锚索锚固力应不低于200 kN，每根锚索选用5卷MSZ28/35型树脂药卷，托盘用300 mm×300 mm×16 mm拱形高强托盘，锚索间距为2 000 mm，排距为3 200 mm。巷道帮部煤层段锚索布置间距为800 mm，煤层上部砂岩锚索布置间距为2 700 mm。巷道顶板、帮部每排布置5根锚索，混凝土初次喷射厚度为100 mm，混凝土强度等级为C20。

2.2 硐室二次锚网喷支护方案

硐室二次加强支护采用锚网喷支护，锚杆采用ø18.0 mm×2 100 mm右旋螺纹钢筋制作，托板采用Q235钢制作的150 mm×150 mm×8 mm拱形托盘，锚杆间距为1 600 mm，排距为2 000 mm，锚杆锚固力不低于50 kN；每根锚杆使用MSZ28/35型树脂药卷3卷；金属网采用ø6.5 mm的Q235钢筋制作，网格尺寸为150 mm×150 mm。混凝土二次喷射厚度为100 mm，总计喷射厚度为200 mm，混凝土强度等级为C20。

3 巷道支护工艺

(1)巷道支护工艺流程：掘进→处理活矸出渣→铺金属网→临时支护→安装锚杆→停止搅拌并等待1 min左右→用扭矩倍增器拧螺母→锚索支护→喷浆→喷浆养护→二次补强挂网→补强锚杆安装→停止搅拌并等待1 min左右→用扭矩倍增器拧锚杆→喷浆→喷浆成巷。

(2)锚杆施工工艺流程：锚杆机打孔→压风清孔→钻孔内装入树脂药卷→钻孔内装入锚杆→充分搅拌树脂药卷→等待5 min→托盘安装→用扭矩倍增器拧螺母→施工其他锚杆。

(3)锚索施工工艺流程：锚杆机打孔→压风清孔→钻孔内装入树脂药卷→钻孔内装入钢绞线→充分搅拌树脂药卷→等待5 min→托盘安装→用气动锚索张紧机具张紧锚索→施工其他锚索。

4 矿压监测方案

4.1 巷道表面位移观测

巷道表面位移观测采用表面位移监测断面的方式，在硐室全断面范围内的顶底、底板及两帮中部垂直方向打孔布置木桩，木桩必须固定牢靠，不会随巷道变形而发生位移，然后在木桩端头钉上测钉，以方便测量。检测断面沿巷道轴向间隔1.0 m均匀布置。主要通过A，B点之间拉线绳和C，D点之间拉线绳进行数据观测，分别测定AB，CD，OA，OB，OC，OD的距离(如图1所示)。每天观测1次距掘进工作面10 m之内的数据，其他地点测量周期为每周1～2次。

图1 巷道表面位移观测断面

4.2 顶板离层仪监测

顶板离层监测选用双基点顶板离层仪：深部基点设置在锚索端头，测试深度为6 000 mm；浅部基点设置在锚杆端头，测试深度为2 350 mm。

4.3 锚杆、锚索受力监测

锚杆、锚索受力监测分别采用MC-500B，MC-500A型测力计实现在线监测，在整个泵房硐室内顶板布置3个MC-500A锚索测力计和8个MC-500B锚索测力计。

5 矿压监测结果分析

5.1 锚杆受力监测

锚杆的预紧力为40～70 kN，随着掘进的推进，锚杆受力逐渐增加，顶锚杆受力稳定在70～90 kN，帮锚杆受力稳定在50 kN左右。顶锚杆受力为锚杆屈服极限的50%～67%。通过锚杆受力监测，得出锚杆受力监测曲线，如图2所示。

图2 锚杆受力监测曲线

从图2可以看出：初始预紧力较大的锚杆，受力变化幅度较小且能较快稳定；初始预紧力较小的锚杆，受力持续增长，受力变化幅度大，容易出现破断。

5.2 锚索受力监测

由图3所示的锚索受力监测曲线可以看出，锚索初始张拉力离散性较小，基本集中在90～120 kN，与设计要求的250～300 kN有一定的差距，究其原因主要为：(1)锚索张拉过程中存在一定的理论损失；(2)张拉机具、索具间不匹配性；(3)锚索张拉机具的张拉功率偏低。随着围岩的变形，锚索的工作阻力维持在120～170 kN且逐步平稳，说明锚索对巷道围岩起到了很好的约束作用，保证了围岩的完整性，充分发挥了围岩的自承载能力。

图3 锚索受力监测曲线

5.3 巷道表面位移

从图4所示的巷道围岩表面位移曲线可以看出：硐室左帮部巷道移近量稳定在10 mm左右，右帮部巷道移近量最大为16 mm，顶板下沉量稳定在3 mm，巷道底鼓量为19 mm左右。由此可见，巷道移近量主要表现为底鼓量。考虑到移近量检测误差的影响，支护后巷道围岩未受到明显影响，无明显变形，围岩变形得到有效控制，支护效果较好。

图4 巷道围岩表面位移曲线

5.4 巷道顶板离层

从图5所示的顶板离层监测曲线可以看出：观测点处巷道浅部基点检测离层值为1.8 mm左右，深部基点检测离层值为2.0 mm左右，总离层值为4.0 mm左右。由此可以看出，二次锚网支护技术能够有效控制硐室变形及顶板岩层离层，硐室支护稳定可靠。

5.5 支护效果分析

采用高强锚杆、高强度螺母、调心垫等新材料和扭矩倍增器，同时采用二次锚网喷支护技术，巷道变形量较小，顶板、两帮变形量只有16 mm左右，顶板总离层值不超过4 mm。可见，使用高预紧力锚杆锚索支护系统及配套新材料能够有效地控制巷道变形，避免了围岩变形过大带来的喷浆开裂现象，支护效果良好。

图5 顶板离层监测曲线

6 结论

针对小纪汗煤矿特殊的煤层裂隙发育地质条件，主排水泵房大断面硐室采用以高预应力和预应力扩散为核心的支护理论，二次锚网喷+锚索复合支护技术采用新型锚杆支护材料，配套护表构件，满足了硐室支护要求；采用扭矩倍增器和液压锚索张拉机具等新设备，保证了锚杆和锚索支护的支护质量，形成了适合小纪汗煤矿水泵房大断面复杂巷道的支护系统，有效控制了硐室围岩变形与破坏。此支护方案与混凝土砌碹方案相比，工期可缩短约2个月。

[1]冯志棠.建筑工程深基坑开挖与支护施工工艺研究[J].中国高新技术企业，2014(11):80-81.

(本文责编：刘芳)

刘建林(1984—)，男，陕西榆林人，工程师，从事矿井通风、采掘管理方面的工作(E-mail:xkliujianlin@126.com)。

TD 353

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1674-1951(2017)11-0030-03

2017-09-11；

2017-10-16