錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)技術(shù)在大斷面軟巖車場施工中的應(yīng)用

錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)技術(shù)在大斷面軟巖車場施工中的應(yīng)用摘要：在煤系地層奧陶系石灰中，當(dāng)掘進(jìn)工作面正頭出現(xiàn)全斷面塌陷，塌陷區(qū)內(nèi)巖石風(fēng)化嚴(yán)重，巖層混亂，混有大量煤屑、黃泥，屬極松軟巖層，圍巖隨放炮跨落，施工及支護(hù)非常困難時(shí)，針對(duì)以上情況，通過合理的計(jì)算及摸索實(shí)踐，進(jìn)行了支護(hù)方式的優(yōu)化，解決了困擾施工的諸多問題，實(shí)踐證明，通過支護(hù)方式的優(yōu)化，技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上是合理的，這種成功的支護(hù)方式，值得在煤礦巖巷軟巖掘進(jìn)施工中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

Abstract:Inthecoalstrataordovicianlimestone,whenthetunnelingfacepositiveheadappearswholesectionscollapse,therockweatheringincollapseregionisserious,rocklayerisorderless,anditismixedwithalargenumberofcinderandyellowmud,itbelongstoverysoftrock,thesurroundingrockisfallingoffwithblasting,sotheconstructionandsupportisverydifficult.Fortheabovecase,throughthereasonablecalculationandexplorationpractice,thispaperoptimizedthesupportwaystosolvethemanyproblemsplaguedtheconstruction.Thepracticeprovedthatthesupportingwayoptimizationwastechnicallyfeasibleandeconomicallyreasonable.Thissuccessfulsupportwayisworthtopromoteinthecoalminerockroadwaysoftrockexcavationconstruction.

關(guān)鍵詞 ：錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)；大斷面；軟巖；技術(shù)應(yīng)用

Keywords:steelmeshandanchorcombinedsupport；largesection;softrock；technologyapplication

中圖分類號(hào)：TD353文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2024）21-0139-02

0引言

王石凹煤礦650東Ⅲ大巷布置在煤系地層奧陶系石灰中，當(dāng)掘到車場位置時(shí)工作面正頭出現(xiàn)全斷面塌陷，塌陷區(qū)內(nèi)巖石風(fēng)化嚴(yán)重，巖層混亂，混有大量煤屑、黃泥，屬極松軟巖層，圍巖隨放炮跨落，施工及支護(hù)非常困難。該煤礦采區(qū)車場大斷面軟巖支護(hù)，原來為砌碹支護(hù)和U型鋼支護(hù)，巷道壓力大，變形嚴(yán)重，返修率高，巷道維修不安全因素多，影響正常安全生產(chǎn)，導(dǎo)致成本升高。在此種不利的情況下，礦井經(jīng)過多方論證，提出針對(duì)采區(qū)車場大斷面軟巖段，采用錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，改原來被動(dòng)支護(hù)方式為主動(dòng)支護(hù)方式，試圖通過支護(hù)方式的優(yōu)化，解決此段巷道遇到的支護(hù)難題，從而提高巷道的承載能力，減少巷道的變形量，力爭實(shí)現(xiàn)此段巷道少返修，甚至不返修，并且為類似條件下的巷道支護(hù)積累經(jīng)驗(yàn)。

1工程概況

王石凹煤礦650東Ⅲ大巷，據(jù)地質(zhì)資料分析該段巷道存在一處塌陷區(qū)，直徑100m，影響范圍較大，東Ⅲ采區(qū)設(shè)計(jì)裝煤方式為大巷式煤車場，采區(qū)巷道布置設(shè)計(jì)要求煤車場必須通過塌陷區(qū)。軟巖區(qū)域支護(hù)方案成為塌陷區(qū)掘進(jìn)的關(guān)鍵，車場大斷面軟巖傳統(tǒng)支護(hù)方式為料石整體砌碹及架工字鋼u棚等被動(dòng)支護(hù)方式。傳統(tǒng)支護(hù)方式，雖能控制圍巖，但施工進(jìn)度緩慢，安全無保證，投入大，成本高。該礦在車場大斷面軟巖施工中充分利用松動(dòng)破碎巖石的自身承載能力，采用錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)方式，施工較順利，取得了較好的支護(hù)效果，同時(shí)獲得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2巷道斷面及支護(hù)設(shè)計(jì)

車場斷面設(shè)計(jì)為三心拱，毛斷面14.7m2凈斷面為12.57m2。巷道毛高3.5m，毛寬4.7m。支護(hù)方式為錨桿、金屬網(wǎng)、桁架，噴混凝土，錨索加強(qiáng)支護(hù)聯(lián)合支護(hù)方式。

①錨桿的作用：錨桿形成承載基礎(chǔ)，既然錨桿支護(hù)無法阻止深層巖體的松動(dòng)，那么也無須特別提高頂板支護(hù)強(qiáng)度，只需把錨桿的延展性、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度的優(yōu)越性充分發(fā)揮出來即可，錨桿錨固厚度小，錨固體擴(kuò)容變形量相對(duì)較小，擴(kuò)容應(yīng)力相應(yīng)也較小，利用金屬錨桿端頭錨固，可滿足松軟頂板巖層錨固體的擴(kuò)容變形和擴(kuò)容應(yīng)力，形成初期支護(hù)階段的頂板擠壓加固拱平衡狀態(tài)。

②錨索的作用：錨索形成穩(wěn)定承載體，利用鋼絞線錨索預(yù)應(yīng)力對(duì)巖體擠壓加固作用，使錨索與錨固支護(hù)作用相互促進(jìn)、相互補(bǔ)強(qiáng)。錨索有很好的延展性和抗拉強(qiáng)度，使錨索形成的錨固巖體在巷道頂板中部形成一條強(qiáng)度大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的承載體。錨索錨固點(diǎn)處在巷道松動(dòng)圈之外，增加了頂板承載體的穩(wěn)定性。錨索布置在兩排錨桿之間，增加了支護(hù)密度，錨索的高延展性、高強(qiáng)度，進(jìn)一步提高了承載體的強(qiáng)度、塑性和抗彎曲破壞能力，提高了承載體的自穩(wěn)能力。

③金屬網(wǎng)的作用：金屬網(wǎng)能夠托住擠入巷道輪廓的破碎巖石，將錨桿之間非錨固巖層載荷傳遞給錨桿，有效地控制錨桿之間非錨固巖層的變形；金屬網(wǎng)能托護(hù)住已碎裂的巖石，防止碎裂巖體的跨落，巷道圍巖雖已破裂，由于碎石的碎脹作用，巷道深部的巖石仍保持三向應(yīng)力狀態(tài)，大大提高了巖體的殘余強(qiáng)度。

3斷面支護(hù)參數(shù)選擇及驗(yàn)算

錨桿用?準(zhǔn)14mm圓鋼自制，規(guī)格?準(zhǔn)14×2000mm，反麻花端頭錨固，錨固長度400mm。每根錨桿用2卷kzzk2535樹脂錨固劑，矩形布置，間排距700×700mm；桁架用?準(zhǔn)14mm圓鋼自制，長2700mm寬60mm,金屬網(wǎng)規(guī)格10m×1m，12#鐵絲網(wǎng)制，孔徑50×50mm；錨索用?準(zhǔn)15.24mm×6300mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，每根錨索用4支z2350型錨固劑，錨索托梁用礦用11#工字鋼制作，長500mm。錨索間排距1600×1600mm。

支護(hù)驗(yàn)算：

①錨桿參數(shù)計(jì)算：

1）錨桿長度計(jì)算：L=KH+L1+L2式中：L——錨桿長度，m；H——冒落拱高度，m；K——安全系數(shù)，取2；L1——錨桿錨入穩(wěn)定巖層深度，取400mm；L2——錨桿在巷道的外露長度，取10-40mmm。

其中：H=B/2f

式中：B——巷道開掘?qū)挾?，?700mm；f——巖石堅(jiān)固性系數(shù)，相當(dāng)軟的巖石取2。

那么H=B/2f=4700/2×2=1175mm

則L=1175+400+40=1625mm

2）錨桿間排距計(jì)算：

通過以上計(jì)算，頂板錨桿選用金屬錨桿，規(guī)格?準(zhǔn)14mmL=2000mm。

②計(jì)算錨索長度及間排距：

1）錨索長度確定：L=L1+L2+L3+L4

式中：L——錨索總長度，m；L1——錨索伸入到穩(wěn)定巖層的錨固厚度，m；L2——需要懸吊的不穩(wěn)定巖層厚度，m；L3——托梁及錨具的厚度，150mm；L4——需外露的張拉長度，取150mm-250mm。

按GBJ86-1985要求，錨索錨固長度按下式確定：

L1?芏kd1fa/4fc

式中k——安全系數(shù)，取2；d——錨索鋼絞線直徑=15.24mm；fa錨索與錨固劑的粘合強(qiáng)度，取10N/Mmm2；那么L1?芏2×15.24×1883.52/4×10=1.435mL=1.44+4.26+0.15+025=6.2m。

2）錨索間排距：N=k×W/P斷式中：N——錨索數(shù)目；k——安全系數(shù)，取2；P斷——錨索最低破斷率，268.5kN；W——懸吊巖石自重kN。

W=B×Σh×Σr×D

式中：B——巷道掘進(jìn)寬度4700mm；Σh——懸吊的不穩(wěn)定巖層厚度，4260mm；Σr——懸吊巖石平均容重25.48kN/m3；D——錨索間排距，取不大于錨索長度的1/2即1600mm。

則W=4.7×4.3×25.48×1.6=823.9kN/m

N=KW/P斷=2×823.9/268.5kN=6根/m。

4施工技術(shù)管理

錨桿支護(hù)掘進(jìn)的勞動(dòng)組織形式多種多樣，該礦采用邊掘邊支（即當(dāng)班打眼放炮破巖，當(dāng)班打錨桿支護(hù)），這樣可及時(shí)控制頂板離層和下沉，每天兩個(gè)循環(huán)，前兩個(gè)班掘進(jìn)打錨桿，第三班補(bǔ)打錨桿、緊固錨桿螺母、噴射混凝土。臨時(shí)支護(hù)為（錨桿、金屬網(wǎng)、桁架），緊跟正頭，距正頭不大于700mm。永久支護(hù)為為噴射混凝土，距正頭不大于2400mm。打錨桿時(shí)在正頭拱頂、左右肩窩三個(gè)部位各打三根戴帽單體液壓點(diǎn)柱，做為打錨桿時(shí)的臨時(shí)支護(hù)。在支護(hù)下從外向里、先頂后幫，敲幫問定搗掉活矸，按中腰線及設(shè)計(jì)斷面，修正斷面。點(diǎn)號(hào)錨桿眼位，先幫后頂依次打錨桿。錨桿角度≧750，拱頂錨桿眼必須用錨索機(jī)打眼，保證錨桿眼與頂板成900夾角，錨桿外露10＜L＜40mm，間排距誤差±100mm。安裝錨桿前必須檢查孔深、角度是否合適，然后用吹風(fēng)管吹凈孔內(nèi)粉塵水珠，無誤后安裝錨桿。金屬網(wǎng)長短邊壓茬寬度均不小于200mm，壓茬邊沿用10#鐵絲間隔200mm綁扎。噴射混凝土前先檢查錨桿螺母是否上緊，金屬網(wǎng)、桁架是否緊貼巖壁，用高壓風(fēng)管吹凈巖壁粉塵，初噴50mm復(fù)噴達(dá)到100mm。混凝土凝固后打錨索加強(qiáng)支護(hù)，距正頭最大距離6000mm。

5支護(hù)效果及經(jīng)濟(jì)效益分析

①采用錨噴、錨索支護(hù)巷道圍巖由被動(dòng)支護(hù)變主動(dòng)支護(hù)，有效地控制圍巖下沉變形，施工方便簡單，永久支護(hù)能緊跟工作面正頭，較好地實(shí)現(xiàn)一次成巷；砌碹支護(hù)施工組織復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大，不能一次成巷。架工字鋼U型棚，永久支護(hù)不能緊跟正頭，巷道圍巖得不到及時(shí)支護(hù)控制，放炮崩倒棚子，反復(fù)維修棚子，造成頂板離層下沉量增大，甚至塌矸冒頂。②錨網(wǎng)噴支護(hù)施工工藝簡單，操作方便、迅速、安全，架棚支護(hù)，工序多，操作繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度大。錨網(wǎng)噴支護(hù)工效0.084m/工，架棚支護(hù)工效0.056m/工。③錨網(wǎng)噴支護(hù)與架棚相比節(jié)約材料成本，錨網(wǎng)噴材料成本1350元/m，架U型棚材料成本4374元/m。

6結(jié)論

實(shí)踐證明，塌陷區(qū)軟巖車場大斷面掘進(jìn)，采用錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)