徐 磊 桑普天 王凌燕

（安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽省淮南市，232001）

深部軟巖巷道噴、棚、錨、注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)研究＊

徐 磊 桑普天 王凌燕

（安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽省淮南市，232001）

針對(duì)淮北青東煤礦104回風(fēng)大巷、石門(mén)圍巖嚴(yán)重變形破壞問(wèn)題，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和理論分析研究其破壞機(jī)理及控制對(duì)策，提出了采用噴、棚、錨、注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)進(jìn)行巷道支護(hù)，實(shí)現(xiàn)了軟巖巷道一次性支護(hù)成功。

軟巖巷道 聯(lián)合支護(hù) 全封閉U型棚架 注漿

深井軟巖巷道僅依靠錨噴或者錨網(wǎng)噴支護(hù)系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，目前應(yīng)用較多的是聯(lián)合支護(hù)形式，但是往往會(huì)出現(xiàn)許多問(wèn)題，因此在松散破碎圍巖條件下，特別是受應(yīng)力集中動(dòng)壓巷道，錨噴支護(hù)常常只起到臨時(shí)支護(hù)的作用，因此研究基于錨噴支護(hù)的新型聯(lián)合支護(hù)技術(shù)意義深遠(yuǎn)。

1 軟巖噴、棚、錨、注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

1.1 聯(lián)合支護(hù)作用機(jī)理

噴、棚、錨、注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)主要是采用錨注技術(shù)與架設(shè)全封閉U型棚架共同作用，以達(dá)到加固圍巖，改善圍巖力學(xué)性能，控制圍巖變形效果，通過(guò)互相的補(bǔ)強(qiáng)作用，實(shí)現(xiàn)主、被動(dòng)支護(hù)耦合支護(hù)，大大提高支護(hù)體系的整體承載能力，其支護(hù)機(jī)理包括以下幾個(gè)方面：

（1）采用全封閉U型棚架與錨桿的結(jié)構(gòu)補(bǔ)償，能夠有效地減輕動(dòng)壓荷載對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定的影響，減小底板附近巖層的擴(kuò)容、膨脹及彎曲等變形。

（2）噴射混凝土后能夠?qū)⑷忾]U型棚架與圍巖結(jié)合在一起，使圍巖由雙向受力狀態(tài)變成三向受力狀態(tài)，提高圍巖強(qiáng)度。利用其柔性，使圍巖在約束狀態(tài)下緩慢流變，使噴層和圍巖共同變形，相互制約。

（3）采用錨桿支護(hù)可以將軟弱巖層或圍巖懸吊于完整堅(jiān)硬的巖體上，由錨桿承擔(dān)其重量，并且形成擠壓加固拱。

（4）錨桿內(nèi)注漿后更能夠有效地提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性，改善圍巖巖性和應(yīng)力分布，一方面通過(guò)注漿將全封閉U型棚架與圍巖耦合在一起，實(shí)現(xiàn)棚架與圍巖共同承載；另一方面通過(guò)注漿提高圍巖本身的穩(wěn)定性。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

淮北青東煤礦104回風(fēng)大巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度647.5m，標(biāo)高在－563～－545m之間，巷道主要布置在8＃煤層和10＃煤層之間，受F11斷層影響，該巷道需穿斷層破碎帶、7＃煤層及8＃煤層施工，受應(yīng)力集中區(qū)動(dòng)壓影響較大。巷道巖性以泥巖和粉砂巖為主，巷道頂板為粉砂巖和泥巖，巷道底板為細(xì)粒砂巖，圍巖條件較差。有的斷面底臌特別嚴(yán)重，嚴(yán)重地帶高達(dá)1m，一般的支護(hù)方式不能滿足正常使用要求。為了解決這一問(wèn)題，決定采用架全封閉U型棚＋滯后錨、注（錨桿支護(hù)＋深孔強(qiáng)化注漿）聯(lián)合進(jìn)行支護(hù)，以確保巷道的使用安全。

2.2 支護(hù)方案

全封閉U型棚＋滯后錨、注（錨桿支護(hù)＋深孔強(qiáng)化注漿）工藝流程為初噴—架全封閉U型棚—全斷面實(shí)噴—錨桿支護(hù)—深孔注漿。

（1）初噴。及時(shí)噴射混凝土封閉巷道圍巖，防止圍巖風(fēng)化潮解，噴層厚度20～30mm，混凝土配比：水泥∶黃砂∶石子＝1∶2∶2。

（2）架全封閉U型棚。104回風(fēng)大巷U型棚參數(shù)見(jiàn)圖1，共7節(jié)，U型棚選用材質(zhì)為16MnK或20MnK的29＃礦用U型鋼支架，巷道凈高3860mm，凈寬4625mm（拱基）。U型棚節(jié)與節(jié)之間搭接長(zhǎng)度500mm，每處搭接位置采用兩副限位卡纜和一副普通卡纜固定，卡纜扭矩不小于300N·m。棚距600mm，采用GB 13788?6mm冷軋帶肋鋼筋電弧焊接，該金屬網(wǎng)的單片規(guī)格為長(zhǎng)2500mm、寬900mm，網(wǎng)格為100mm×100mm。

圖1 104回風(fēng)大巷全封閉U型棚支護(hù)斷面圖

每棚采用8根GM22／3000－490高強(qiáng)錨桿配合鎖腿卡纜進(jìn)行鎖腿。每根錨桿采用兩節(jié)Z2550樹(shù)脂錨固劑加長(zhǎng)錨固，下部鎖腿錨桿距底板900mm，上部鎖腿錨桿距下部錨桿1250mm。

（3）全斷面噴漿封閉。U型棚架設(shè)好后及時(shí)進(jìn)行實(shí)噴，確保U型棚與原錨噴斷面間的空隙噴實(shí)，并將U型棚完整封閉；噴射混凝土作業(yè)滯后掘進(jìn)頭10～20m，在50m范圍內(nèi)完成。

（4）錨桿支護(hù)。錨桿選用GM22／3000－490高強(qiáng)錨桿，錨桿間、排距800mm×600mm，每孔采用兩節(jié)Z2550中速樹(shù)脂藥卷加長(zhǎng)錨固，頂部錨桿垂直巖面，底角錨桿帶15°下扎角度施工，最下排貼底板布置，錨桿錨固力不小于80kN，錨桿托盤(pán)規(guī)格200mm×200mm，厚度10mm。錨桿安裝結(jié)束后進(jìn)行復(fù)噴，噴層厚度100mm，防止錨桿暴露空氣中銹蝕。

（5）深孔強(qiáng)化注漿。采用風(fēng)錘進(jìn)行鉆孔，每斷面呈6孔布置，排距1800mm，間距2000mm，均勻布置；鉆頭直徑42mm，孔深2.6m；注漿錨桿長(zhǎng)2.4m，采用?25mm鋼管制成，鋼管底端砸成扁狀；前端孔徑8mm，后端孔徑4mm；采用空心速凝水泥卷封孔，注漿錨桿封孔深度為0.5 m，見(jiàn)圖2，采用空心速凝水泥卷封孔，注漿壓力控制在2～3MPa。

圖2 104回風(fēng)大巷注漿錨桿支護(hù)布置圖

3 支護(hù)效果監(jiān)測(cè)與分析

為了觀測(cè)全封閉U型棚＋滯后錨、注（錨桿支護(hù)＋深孔強(qiáng)化注漿）支護(hù)效果，研究支護(hù)參數(shù)的合理性，在巷道合理位置布置了測(cè)點(diǎn)，對(duì)巷道圍巖收斂狀況進(jìn)行觀測(cè)，并對(duì)深孔位移進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)對(duì)104回風(fēng)大巷的連續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)，掌握了巷道的變形情況，具體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖3和圖4。

從圖3可知，回風(fēng)大巷巷道收斂量不大，巷道兩幫和頂?shù)椎淖冃我草^小，說(shuō)明現(xiàn)有支護(hù)形式已經(jīng)有效控制了巷道變形，圍巖出現(xiàn)整體協(xié)調(diào)變形，實(shí)現(xiàn)了巷道的穩(wěn)定控制。由圖4可知，前11d圍巖變形較明顯，收斂速率較高，其最大值為1.4 mm／d，11d后收斂速率很快趨于平緩，并在第45 d時(shí)趨于穩(wěn)定，收斂速率在0.1mm／d。

通過(guò)對(duì)巷道深孔位移的觀測(cè)，得出巷道深孔位移隨時(shí)間變化關(guān)系如圖5和圖6所示。

圖5 兩幫位移變化圖

從深孔位移來(lái)看，根據(jù)兩幫和拱頂位移收斂曲線發(fā)現(xiàn)拱頂3m處收斂最小，從而圍巖完整性好，拱頂1m處收斂較大，圍巖完整性差，拱頂2m處為過(guò)渡線，圍巖離層大多發(fā)生在2m內(nèi)，而2m以外的離層量很小，說(shuō)明在錨固范圍內(nèi)，由于全封閉U型棚與圍巖的相互作用，在巷道周邊形成了穩(wěn)定的支撐壓力拱，有效地抑制了深部圍巖的變形和破壞，抑制了塑性區(qū)向深部擴(kuò)展，另外注漿也加強(qiáng)了圍巖的強(qiáng)度。說(shuō)明采用該復(fù)合支護(hù)形式滿足對(duì)圍巖的控制要求。

圖6 拱頂位移變化圖

4 結(jié)論

（1）與錨噴支護(hù)相比，噴、棚、錨、注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)能夠更有效地加固圍巖，增強(qiáng)了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力，減輕了深部圍巖的變形和破壞。噴、棚、錨、注各支護(hù)技術(shù)相互聯(lián)系，共同形成一個(gè)耦合體系。

（2）全封閉U型棚架的可縮性和穩(wěn)定性能適用于軟弱圍巖的地下工程中，減小底板附近巖層的擴(kuò)容、膨脹及彎曲等變形，安全性能較好，防止了超高冒頂，底臌等地質(zhì)災(zāi)害。

（3）工程試驗(yàn)表明：全封閉U型棚＋滯后錨、注，不僅技術(shù)上可行，安全上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理，更重要的是為實(shí)施深部軟巖巷道失穩(wěn)治理、確保礦井高效生產(chǎn)提供了新的參考治理措施。

[1] 楊曉東.錨固與注漿技術(shù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009

[2] 姜玉松.地下工程施工技術(shù)[M].武漢：武漢理工出版社，2008

[3] 李明遠(yuǎn).軟巖巷道錨注支護(hù)理論與實(shí)踐[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2001

[4] 周興旺，程樺，張偉林等.礦山建設(shè)工程技術(shù)新進(jìn)展[C].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2009

[5] 王紅勝，陳勇，張東升等.大斷面開(kāi)切眼聯(lián)合支護(hù)及效果分析[J].中國(guó)煤炭，2010（9）

Research on the combined supporting technology
of shotcrete－pergola－bolt－injecting at deep soft rock roadway

Xu Lei，Sang Putian，Wang Lingyan

（School of Civil Engineering and Architecture，Anhui University of Science and Technology，Huainan，Anhui 232001，China）

Aiming at the problem of serious deformation of return airway and Shimen in Qingdong coal mine，through field test and theoretical analysis on the failure mechanism and control measures，the combined supporting technology of shotcrete－pergola－bolt－injecting to solve the present situation is put forward，it can be more effective to control instability of the deep soft rock roadway，it realizes the success of soft rock roadway supporting once.

soft rock roadway，combined supporting，completely closed U－pergola，grout

TD353

B

安徽省高校省級(jí)自然科學(xué)重點(diǎn)項(xiàng)目（KJ2011A099）

徐磊（1987－），男，江蘇高郵人，碩士研究生，研究方向?yàn)閹r石力學(xué)與支護(hù)。

（責(zé)任編輯 張毅玲）