錨網索噴聯合支護技術在大斷面軟巖車場施工中的應用

錨網索噴聯合支護技術在大斷面軟巖車場施工中的應用摘要：在煤系地層奧陶系石灰中，當掘進工作面正頭出現全斷面塌陷，塌陷區(qū)內巖石風化嚴重，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，施工及支護非常困難時，針對以上情況，通過合理的計算及摸索實踐，進行了支護方式的優(yōu)化，解決了困擾施工的諸多問題，實踐證明，通過支護方式的優(yōu)化，技術上是可行的，經濟上是合理的，這種成功的支護方式，值得在煤礦巖巷軟巖掘進施工中進行推廣應用。

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

關鍵詞 ：錨網索聯合支護；大斷面；軟巖；技術應用

Keywords:steelmeshandanchorcombinedsupport；largesection;softrock；technologyapplication

中圖分類號：TD353文獻標識碼：A文章編號：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，當掘到車場位置時工作面正頭出現全斷面塌陷，塌陷區(qū)內巖石風化嚴重，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，施工及支護非常困難。該煤礦采區(qū)車場大斷面軟巖支護，原來為砌碹支護和U型鋼支護，巷道壓力大，變形嚴重，返修率高，巷道維修不安全因素多，影響正常安全生產，導致成本升高。在此種不利的情況下，礦井經過多方論證，提出針對采區(qū)車場大斷面軟巖段，采用錨網索噴聯合支護技術，改原來被動支護方式為主動支護方式，試圖通過支護方式的優(yōu)化，解決此段巷道遇到的支護難題，從而提高巷道的承載能力，減少巷道的變形量，力爭實現此段巷道少返修，甚至不返修，并且為類似條件下的巷道支護積累經驗。

1工程概況

王石凹煤礦650東Ⅲ大巷，據地質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)設計裝煤方式為大巷式煤車場，采區(qū)巷道布置設計要求煤車場必須通過塌陷區(qū)。軟巖區(qū)域支護方案成為塌陷區(qū)掘進的關鍵，車場大斷面軟巖傳統(tǒng)支護方式為料石整體砌碹及架工字鋼u棚等被動支護方式。傳統(tǒng)支護方式，雖能控制圍巖，但施工進度緩慢，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破碎巖石的自身承載能力，采用錨網索噴聯合支護方式，施工較順利，取得了較好的支護效果，同時獲得了良好的經濟和社會效益。

2巷道斷面及支護設計

車場斷面設計為三心拱，毛斷面14.7m2凈斷面為12.57m2。巷道毛高3.5m，毛寬4.7m。支護方式為錨桿、金屬網、桁架，噴混凝土，錨索加強支護聯合支護方式。

①錨桿的作用：錨桿形成承載基礎，既然錨桿支護無法阻止深層巖體的松動，那么也無須特別提高頂板支護強度，只需把錨桿的延展性、抗拉強度、抗剪強度的優(yōu)越性充分發(fā)揮出來即可，錨桿錨固厚度小，錨固體擴容變形量相對較小，擴容應力相應也較小，利用金屬錨桿端頭錨固，可滿足松軟頂板巖層錨固體的擴容變形和擴容應力，形成初期支護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，利用鋼絞線錨索預應力對巖體擠壓加固作用，使錨索與錨固支護作用相互促進、相互補強。錨索有很好的延展性和抗拉強度，使錨索形成的錨固巖體在巷道頂板中部形成一條強度大，結構穩(wěn)定的承載體。錨索錨固點處在巷道松動圈之外，增加了頂板承載體的穩(wěn)定性。錨索布置在兩排錨桿之間，增加了支護密度，錨索的高延展性、高強度，進一步提高了承載體的強度、塑性和抗彎曲破壞能力，提高了承載體的自穩(wěn)能力。

③金屬網的作用：金屬網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；金屬網能托護住已碎裂的巖石，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力狀態(tài)，大大提高了巖體的殘余強度。

3斷面支護參數選擇及驗算

錨桿用?準14mm圓鋼自制，規(guī)格?準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14mm圓鋼自制，長2700mm寬60mm,金屬網規(guī)格10m×1m，12#鐵絲網制，孔徑50×50mm；錨索用?準15.24mm×6300mm高強度低松弛鋼絞線，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。

支護驗算：

①錨桿參數計算：

1）錨桿長度計算：L=KH+L1+L2式中：L——錨桿長度，m；H——冒落拱高度，m；K——安全系數，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——巷道開掘寬度，取4700mm；f——巖石堅固性系數，相當軟的巖石取2。

那么H=B/2f=4700/2×2=1175mm

則L=1175+400+40=1625mm

2）錨桿間排距計算：

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

②計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，取2；d——錨索鋼絞線直徑=15.24mm；fa錨索與錨固劑的粘合強度，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——錨索數目；k——安全系數，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施工技術管理

錨桿支護掘進的勞動組織形式多種多樣，該礦采用邊掘邊支（即當班打眼放炮破巖，當班打錨桿支護），這樣可及時控制頂板離層和下沉，每天兩個循環(huán)，前兩個班掘進打錨桿，第三班補打錨桿、緊固錨桿螺母、噴射混凝土。臨時支護為（錨桿、金屬網、桁架），緊跟正頭，距正頭不大于700mm。永久支護為為噴射混凝土，距正頭不大于2400mm。打錨桿時在正頭拱頂、左右肩窩三個部位各打三根戴帽單體液壓點柱，做為打錨桿時的臨時支護。在支護下從外向里、先頂后幫，敲幫問定搗掉活矸，按中腰線及設計斷面，修正斷面。點號錨桿眼位，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，然后用吹風管吹凈孔內粉塵水珠，無誤后安裝錨桿。金屬網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、桁架是否緊貼巖壁，用高壓風管吹凈巖壁粉塵，初噴50mm復噴達到100mm?；炷聊毯蟠蝈^索加強支護，距正頭最大距離6000mm。

5支護效果及經濟效益分析

①采用錨噴、錨索支護巷道圍巖由被動支護變主動支護，有效地控制圍巖下沉變形，施工方便簡單，永久支護能緊跟工作面正頭，較好地實現一次成巷；砌碹支護施工組織復雜，勞動強度大，不能一次成巷。架工字鋼U型棚，永久支護不能緊跟正頭，巷道圍巖得不到及時支護控制，放炮崩倒棚子，反復維修棚子，造成頂板離層下沉量增大，甚至塌矸冒頂。②錨網噴支護施工工藝簡單，操作方便、迅速、安全，架棚支護，工序多，操作繁瑣，勞動強度大。錨網噴支護工效0.084m/工，架棚支護工效0.056m/工。③錨網噴支護與架棚相比節(jié)約材料成本，錨網噴材料成本1350元/m，架U型棚材料成本4374元/m。

6結論

實踐證明，塌陷區(qū)軟巖車場大斷面掘進，采用錨網索噴聯合支護在技術上是可行的，經濟