论锚网索、梯子梁、喷砼联合支护在拱形巷道中的应用

蒲元宏PU Yuan-hong

（中煤第一建设有限公司第十工程处，邯郸056000）

0 引言

随着煤炭工业的发展，越来越多煤矿的巷道设计在煤层中。禾草沟煤业有限公司的5#煤辅运大巷、回风大巷、胶运大巷均沿煤层底板进行掘进。为满足巷道的使用和服务年限，可以改变煤层巷道的设计形式，可采用半圆拱形断面为主要形式，支护采用了锚网索、梯子梁、喷砼联合支护。5#煤井巷工程顶板，可选用泥岩和油页岩作为主要材料，利用预应力锚索加固周围岩层，这项技术主要是通过锚索，对被加固的岩体施加作用力，防止岩体发生形变，影响施工进程。在这一过程当中，主要采用多种联合支护工艺。W 钢带（4000×230×5mm）原材料是Q235 碳素钢板，表面宽度达到230mm 与喷射混凝土粘结性不好，稍有压力钢带变形经常造成钢带表面的混凝土脱皮、掉包等现象，为安全生产带来很大隐患。采用了锚网索、梯子梁（Φ18×150×4000mm）、喷砼联合支护后，有效地解决了安全问题。从宏观角度来讲，这样的施工方式可以大幅降低成本投入，全面提升工程进展速度，与此同时，工人的作业强度也能得到有效改善，对接下来的工程推进起到积极作用。

1 支护参数设计

1.1 理论依据

①在施工过程中，随着掘进巷道逐渐推进，及时将相关设施进行安装，各部分设施起到的作用都不相同，就像过去“纳鞋底子”一样，煤、梁、网就好比“鞋底子”，锚、索就是其中的线。这样的组合可以将梁内的岩体固定住，防止在施工过程中出现问题。

②将锚杆和锚索在围岩内部进行固定，两者间的锚固力可以于岩体进行相互作用，通过挤压作用，围岩间的摩擦力逐渐加大，提升围岩结构的整体性和牢固性。再加上相关设施的连接作用，促使岩体与设施形成坚固的梁体，有效阻止外层岩层发生形变，提升围岩的稳固程度。

③同理，拱形巷道的拱部，可以在相关设施的协助下，在顶部形成完整的框架。

④在喷射砼以前，网主要的作用是防止锚固后岩体出现碎渣掉落的情况，进一步减少锚杆所承受的张力，岩体的松动程度也会逐渐加大，这也会超出锚杆预期的牢固范围；在进行喷射砼后，网起到了加强的相关作用。

⑤钢筋梯子梁是加强网、索的连接作用和使整个锚索外段形成一个框架结构。

⑥在这一过程当中，梯子梁主要起到相应的支护作用。

1.2 锚杆、锚索、喷砼相关参数

根据已有的实践内容，以及计算分析后，按支护的先后顺序，相关设备的支护的参数可参照以下内容：

①金属网：将10#铁丝制成1000×2400 的经纬网，经纬网的规格可以根据墙体的实际情况进行调整，然后选定合适的宽度进行搭接，每个经纬网之间搭接100mm，并用14#铅丝进行捆扎。

②梯子梁：可选用Φ18 螺纹钢，宽度可固定为150mm，长度要按照实际顶宽进行安排（该工程采用4000mm），梯子梁间的距离也要根据锚杆的排距进行调节，遇到交岔点或者顶板发生碎裂时，梯子梁间的间距也可能随之减小。

③锚杆则采用Φ20×2400 的左旋无纵筋螺纹钢，螺尾蚊为Φ20。锚杆孔径为Φ28，顶部采用3 支MSCK2835 树脂锚固剂进行锚固，顶部的锚杆角度要保持为30°角，其他的锚杆垂直于顶板即可；帮部选用的锚杆孔径为Φ32，可采用树脂锚固剂进行固定，靠顶端和底部锚杆要与水平线形成10°角，其余水平布置。在凸凹不平的部分补加木质托盘，确保每根锚杆托盘紧贴岩面。

④锚索：可以采用高强度、低松弛的绞线进行加工，选用Φ17.8mm×7900，锚孔为Φ28 的绞线，锚固剂可以选用树脂药卷，锚固长度为1750mm。沿巷道中心布置，间距1.8m。

⑤喷砼：喷砼的厚度为120mm，相应的强度等级为C20。

⑥为了保证拱形巷道在可以投入到安全使用当中，各巷道交岔口的顶部可以加固梯子梁进行巩固，锚索长度为7.9m，间距0.9m。

2 施工方法

锚杆（索）施工：顶部施工可以采用锚杆机、中空六角钢钎杆、合金刚钻头钻锚杆（索）眼，型号分别为MQT—130 型锚杆机、B19mm、Φ32mm，其中，锚杆眼深2350mm，锚索眼深7700mm。首先利用锚杆机，安装相应的顶部零件，在完成钻眼工作后必须将岩粉吹干净，并且利用锚杆（锚索）测量其深度。当眼深符合相关要求后，可以选用双股14#铁丝进行搭接。在安装锚杆的时候，锚杆顶要露出500-600mm，当锚索顶至1000mm 时，可以进行搅拌动作，时间大约为20s。这一过程应以托盘和金属网能与岩体紧密贴合为基准，如果两者间没有紧密贴合，可利用螺母进行二次固定；当锚索完成安装后，可经过30 分钟以上的晾晒，然后将托盘、梯子梁进行拉紧。

3 具体施工质量要求以及注意事项

3.1 施工质量要求

①锚杆：在施工过程当中，锚杆钻孔方向和巷道轮廓线之间的角度要注意，其角度不宜小于75°，眼减排距离和锚杆孔深可以有相应的偏差范围，数值为±100mm 和0～+50mm，在外露长度上也有相关的长度要求，一般外露10～40mm；这样的长度可以保证锚杆托盘可以和岩体紧密结合。

②锚索：钻孔方向和巷道轮廓线的角度不宜小于87°，钻孔深度7700～7900mm，安装深度不小于设计的深度的90%,预紧力最小值不小于设计的90%，外露长度张拉锁紧后不大于200mm。锚索预应力不小于140kN（36MPa），锚固力不小于330kN（75MPa）。若顶板破碎或压力大时，根据顶板情况适当加密锚索。

③锚杆和锚索要尽量按照设计要求进行施工，角度、深度钻孔数值都要得到保证，其中孔深要在设计值和+50mm之间，角度偏差应该限制在15°以内。

④锚杆间和索间距的距离误差应该控制在设计值的±100mm 之间，偏中线的误差不应超过100mm。

⑤锚杆（索）钻完后，要及时将孔内的岩体碎屑清理干净，施工者可以利用扫眼器清除孔内残留的碎屑，保证锚固剂和锚孔壁可以连接，提升连接效果。其中，使用树脂锚固剂时，一定要先规定卷数，并且在施工过程中要严格根据这一规定安装。当药卷插入到锚杆孔后，需要用锚杆将锚固剂顶入眼底。当锚杆安装完毕后，不应立即收回锚杆机的气腿，防止出现施工问题。

⑥梯子梁等器材在选取材料时，可选用适当的网片，锚杆扭矩必须达100Nm。锚索可用锚索张力进行拉紧，要求预紧力不小于36MPa。梯子梁需要在规格上保持。经纬网之间的搭接长度要进行测量，应为100mm，并用14#铅丝双股进行固定，其中，拧扣应大于或等于3.5 圈，间距为300mm。

⑦喷砼：尽量要保证喷厚均匀，其厚度不小于设计要求，进行复喷时受喷面需要保持整洁，喷后需要及时进行洒水养护，养护不少于7 天。

⑧网后不得有空隙，需要将砼与岩面结为整体，防止壁后离层现象。

3.2 注意事项

①严格控制控顶距，防止围岩发生位移，施工者可利用喷浆等封住岩体，从而阻止岩体受到外界影响，产生脱落等情况，对于岩体的受力结构也会产生影响。

②梯子梁在斜巷施工中，需要根据山体结构进行架设，梯子梁在架设当中要注意其不能发生移位，避免支护强度受到阻碍。

③当帮部片落程度较为严重时，可以利用加木衬垫等形式，从原理上保证锚杆所受到的力量是均匀的。如果在施工当中遇到岩层松散等情况时，需要逐步加深锚固的深度，并且减小锚杆之间的距离，用以满足支护需要，保证桥体安全。

4 施工应用效果

以禾草沟煤业有限公司为例，煤回风巷、胶带巷、辅运大巷三条巷道，全部采用该种支护方式，并且取得良好的成效，从最近几年的观察当中，巷道外观尚未出现掉皮等现象，整体效果较好。

在支护设计期间结合锚杆组合拱和锚索悬吊理论进行合理分析。锚索支护的主要原理是将锚索深入岩体，是一种进行预知应力的施工技术。在这一技术当中，可以加大拉应力，为巷道提供更加坚实的力量支撑。巷道的两帮以拱形为底，起到保护煤柱的作用，支护锚索后，可将受力区分为三个部分，为锚索提供支撑，两帮为线支撑。在这样的施工技术当中，中间的拱形冒落幅度相对来讲最大；梯子梁是由φ18 圆钢加工而成，在释放压力时具有一定的弹性变性，梯子梁和混凝土的混合可以起到更好的支护效果，避免相关设备在受力后发生加大形变，这样的施工方式也可以从根本上减少脱皮等情况的发生。此项支护形式已成功用于所有半圆拱形喷浆巷道，效果明显，质量保证，安全隐患大大减少。在井下所有大巷施工中均已采纳。

5 体会

①联合支护可以作为一种有效的支护形式，将这种支护应用到拱型巷道当中，可以更好的巩固拱形巷道的坚实程度。

②采用锚网索、梯子梁、喷砼联合支护形式的拱形巷道的特点是：减小气流阻力、提升断面的利用程度、加快施工速度，适用于大型矿井施工。

③施工者可以根据巷道具体用途，可分别选用锚喷、锚网喷、等多种支护方式，全面提升施工效率。

④在具体的施工过程中，施工方可以对顶板和帮部安装顶板离层仪，对于其变化进行细致掌控，从而确保岩巷可以投入使用。