顏亞民，李士東

（山東裕隆礦業(yè)集團(tuán)有限公司單家村煤礦，山東 濟(jì)寧273100）

1 礦井基本情況

山東裕隆礦業(yè)集團(tuán)有限公司單家村煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力21萬(wàn)t，1990年10月礦井正式投產(chǎn)，2006年對(duì)礦井生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了改造，并改進(jìn)生產(chǎn)工藝，采用了綜合機(jī)械化放頂煤新工藝。于2008年批準(zhǔn)核定生產(chǎn)能力為81萬(wàn)t／a。

該礦井屬低瓦斯礦井，礦井相對(duì)涌出量為0.43m3／T，絕對(duì)涌出量為0.64m3／min，無(wú)高瓦斯區(qū)，煤塵爆炸指數(shù)為39.6%，具有強(qiáng)爆炸性，煤層自然發(fā)火傾向?yàn)樽匀活?lèi)。

礦井為一對(duì)立井開(kāi)拓，主井裝備一對(duì)4.2t箕斗，提煤兼回風(fēng)；副井裝備一對(duì)雙層2車(chē)（1t礦車(chē)）罐籠，擔(dān)負(fù)礦井輔助提升任務(wù)兼進(jìn)風(fēng)。

采煤方法為走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤開(kāi)采，全垮落法管理頂板。

掘進(jìn)采用炮掘工藝，開(kāi)拓與準(zhǔn)備巷道一般采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，回采巷道一般采用錨網(wǎng)索支護(hù)。

2 巷道開(kāi)拓情況

八采區(qū)作為礦井的接續(xù)采區(qū)，八采區(qū)的皮帶大巷和軌道大巷為全礦開(kāi)拓重點(diǎn)，巷道采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)，錨桿采用Φ18mm×1800mm的無(wú)縱筋螺旋鋼筋，間、排距均為800mm，錨固力為8.5T；錨索采用Φ15.24mm×5000mm的規(guī)格，中－中1.3m，排拒5m，錨固力28MPa；采用長(zhǎng)×寬：3.5m×0.9m的菱形鍍鋅金屬網(wǎng)；噴漿厚度10cm，強(qiáng)度c20。兩條大巷自2009年10月份開(kāi)拓以來(lái)，由于受地質(zhì)條件的影響，軟巖性質(zhì)表現(xiàn)非常突出，地應(yīng)力顯現(xiàn)明顯。該區(qū)域圍巖壓力大、穩(wěn)定性差，造成巷道嚴(yán)重變形，采用錨網(wǎng)噴支護(hù)方式的巷道在二個(gè)月左右的時(shí)間里，斷面由原來(lái)的11.4m2縮小到5～8m2不等。兩條軟巖巷道的變形主要表現(xiàn)在頂板下沉量較大，兩幫收縮、片幫、底鼓嚴(yán)重，墻基礎(chǔ)失腳，噴漿表面開(kāi)裂，圍巖整體向巷道內(nèi)膨脹，部分錨索被拉壞。巷道的變形嚴(yán)重影響到運(yùn)輸、通風(fēng)、行人問(wèn)題，在修復(fù)時(shí)也嘗試采用加大錨桿長(zhǎng)度和支護(hù)密度的辦法，只能暫時(shí)減緩巷道的變形速度，但一直未根本解決巷道變形嚴(yán)重的問(wèn)題。因此尋找更合理的支護(hù)方式已成為迫在眉睫的事情。

3 圍巖概況

八采區(qū)兩條巷道設(shè)計(jì)均為巖巷，圍巖多為灰及灰白色的泥巖，呈半膠結(jié)或松散狀易風(fēng)化，遇水膨脹；間夾中粗粒砂巖，偶見(jiàn)堅(jiān)硬的石灰?guī)r，巖石層理不清晰且變化較大。巷道在斷層發(fā)育帶內(nèi)掘進(jìn)，其中sdf17斷層落差80～240m，sdf17－1斷層落差約40m，在掘進(jìn)過(guò)程中揭露大小不等的斷層有6個(gè)，由于該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，尤其是斷層的發(fā)育，造成巷道支護(hù)困難。

4 軟巖破壞機(jī)理和錨網(wǎng)噴支護(hù)分析

4.1 軟巖的特點(diǎn)

八采巷道圍巖中，巖石的膨脹和崩解主要是松軟巖石所表現(xiàn)的特征。巷道開(kāi)掘一段時(shí)間后，巖石經(jīng)不同程度風(fēng)化及底板浸水，圍巖體積增大，圍巖膨脹變形造成支護(hù)變形破壞，當(dāng)圍巖的塑性區(qū)大于錨桿的錨固范圍，錨桿相對(duì)而言失去作用，此時(shí)巖石及上覆巖層的重量大于錨桿錨固及圍巖共同支撐作用而出現(xiàn)巷道的變形。錨固層也隨之出現(xiàn)開(kāi)裂破壞。相應(yīng)的引起壓力增大，擠壓巷道，造成巷道破壞變形，同時(shí)造成錨索也被拉壞或錨索梁脫落。

綜上所述，采用單獨(dú)的錨網(wǎng)索噴支護(hù)或加大錨桿密度的方法來(lái)控制軟巖支護(hù)是不合理的。

在頻繁修復(fù)中發(fā)現(xiàn)，這種膨脹軟巖底板及巷道底腳是最薄弱環(huán)節(jié)，巷道破壞都是首先在底板上失穩(wěn)，造成巷道底腳快速移近，隨即幫和拱失穩(wěn)。特別當(dāng)巷道封閉慢及底板有水時(shí)，巷道變形表現(xiàn)的尤為突出。

5 軟巖支護(hù)工藝

根據(jù)本區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜和巷道變形破壞的機(jī)理，經(jīng)過(guò)分析決定對(duì)該兩條巷道采用二次支護(hù)工藝，一次支護(hù)方式采用打錨桿掛網(wǎng)噴漿，二次支護(hù)進(jìn)行全斷面槽鋼支護(hù)加打錨索并澆灌底板。

5.1 二次支護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)

采用 “二次支護(hù)”，一次支護(hù)的目的是及時(shí)封閉和隔離圍巖，以防止巷道周邊懸露面上個(gè)別危石掉落，同時(shí)對(duì)圍巖初期移動(dòng)給以一定限制，因此一次支護(hù)應(yīng)在開(kāi)巷后盡早進(jìn)行。但是一次支護(hù)并不能使 “支架－圍巖”系統(tǒng)達(dá)到力學(xué)平衡，因此，一次支護(hù)后圍巖必然產(chǎn)生一定變形，以便繼續(xù)釋放一些能量。等圍巖變形和能量釋放到一定程度后在進(jìn)行二次支護(hù)。二次支護(hù)的目的在于促進(jìn)圍巖進(jìn)一步趨于平衡，以保證巷道使用期間的穩(wěn)定性和工作安全。所以二次支護(hù)應(yīng)在初次支護(hù)尚未失效、圍巖尚未達(dá)到極限允許位移量和圍巖移動(dòng)速度的合適時(shí)間進(jìn)行[1]。

5.2 支護(hù)設(shè)計(jì)

一次支護(hù)同巷道掘進(jìn)時(shí)的正常錨網(wǎng)噴支護(hù)，但為了及時(shí)封閉巖石，減少巖石的風(fēng)化時(shí)間，放炮后首先對(duì)圍巖進(jìn)行初噴，噴厚30cm。

待巷道發(fā)生一定變形，圍巖尚未失穩(wěn)時(shí)，對(duì)巷道進(jìn)行二次支護(hù)，二次支護(hù)的設(shè)計(jì)如下：

墻及頂部：①錨噴支架聯(lián)合支護(hù)，支架為礦加工的槽鋼（不低于14＃）U型支架。②U型架由4部分組成，分別為兩幫、拱部?jī)啥?，U型架本身帶有錨桿間排距孔，留孔的作用為穩(wěn)固U型架并緊貼巖面，加強(qiáng)巖巷內(nèi)支護(hù)。幫部每根長(zhǎng)度為1.7m，拱部每段長(zhǎng)度為3.05m，接頭處由兩塊長(zhǎng)200mm鋼板焊接并采用Φ16mm的螺栓連接、組合、固定。③施工過(guò)程中將錨桿鑲嵌在U型架孔內(nèi)，錨桿使用Φ18mm×2200mm，錨桿間排距為800mm×800mm；藥卷使用2支（K2860或CKA2370）。④錨桿安裝后，錨桿錨固力不低于8.5T，外露長(zhǎng)度為30～50mm。⑤錨索支護(hù)時(shí)，每3m一組，一組共6棵錨索，錨索規(guī)格為Φ15.24mm×6000mm，采用圓托盤(pán)，規(guī)格為：Φ250mm。

底板：①在軌道巷施工中，底板起底為弧形，垂距85cm，底板部分采用不低于14＃槽鋼加工的拱形支架，共分兩段，每段槽鋼支架拱的長(zhǎng)度為2.2m，兩段槽鋼支架接頭處由兩塊長(zhǎng)20mm鋼板焊接并采用Φ16mm的螺栓連接、組合、固定（拱形支架整體總長(zhǎng)度為4.4m）。②拱形支架安裝時(shí)，必須與頂板U型支架逐個(gè)相對(duì)應(yīng)，并緊跟頂板U型支架施工，確保支架有效、可靠。③拱形支架帶有錨桿孔，孔間距為800mm，支架與支架之間距離為800mm，支架位于一次支護(hù)的兩排錨桿之間。④施工過(guò)程中將錨桿鑲嵌在拱形支架孔內(nèi)，錨桿使用Φ18mm×1200mm，錨桿間排距為800mm×800mm；藥卷使用1支（K2860或CKA2370）。兩段槽鋼支架連接處偏兩邊200mm處各打設(shè)一棵錨桿，在這兩棵錨桿基礎(chǔ)上按800mm×800mm的間距繼續(xù)向兩邊打設(shè)錨桿，錨桿數(shù)共6棵。底板充填標(biāo)準(zhǔn)。①基礎(chǔ)以下挖空處進(jìn)行充填澆灌，澆灌混凝土比例為：灰∶石子∶沙子＝1∶2∶2。②充填時(shí)，中間不得有空隙造成充填不實(shí)，嚴(yán)禁出現(xiàn)拌料不均等現(xiàn)象。③充填時(shí)，在人行道側(cè)將水溝按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行挖設(shè)、澆灌，水溝澆灌后斷面為S凈寬×S凈深：300mm×400mm，確保水溝順直、暢通。水溝中心線偏巷道中心線1.3m。

二次支護(hù)效果：為檢驗(yàn)二次支護(hù)的效果，在巷道中共設(shè)巷道移近量觀察點(diǎn)10個(gè)，每個(gè)點(diǎn)都觀測(cè)巷道頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平浚ㄟ^(guò)半年多的觀測(cè)，巷道移近量大大減少，斷面變化基本控制在15%以?xún)?nèi)，且隨時(shí)間的增加逐漸趨于穩(wěn)定，說(shuō)明二次支護(hù)的效果是顯著的，方案是可行的。

6 工程技術(shù)措施及建議

在二次支護(hù)施工中，需要注意以下幾個(gè)方面：①在迎頭放炮后，要及時(shí)進(jìn)行初噴，縮短巖石在空氣中的暴露時(shí)間，相應(yīng)減少巖石風(fēng)化時(shí)間；②施工中出現(xiàn)的積水要及時(shí)排出，盡量防止水滲入底板，以免巖石膨脹；③巷道兩地腳的支護(hù)和封閉是關(guān)鍵，施工中，墻上的槽鋼與底板的槽鋼要保持接觸，槽鋼后面要澆灌嚴(yán)實(shí)；兩墻最下面的錨索打設(shè)時(shí)向下帶有一定角度；④為合理確定二次支護(hù)時(shí)間，觀測(cè)點(diǎn)安設(shè)位置處兩次支護(hù)的時(shí)間間隔也有所不同，通過(guò)觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的反映，在一次支護(hù)后30～40d進(jìn)行二次支護(hù)是較為合理的時(shí)間，能夠充分發(fā)揮兩次支護(hù)的作用。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)施二次支護(hù)巷道的施工工藝，較好的解決了在軟巖中掘進(jìn)巷道出現(xiàn)的一系列問(wèn)題。也證明了這種支護(hù)方式的可行性，大大減少了巷道返修率，節(jié)約了大量成本，為礦井開(kāi)拓贏得了時(shí)間，確保了礦井的正常生產(chǎn)接續(xù)。

[1]錢(qián)鳴高，劉聽(tīng)成.礦山壓力及其控制[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1991.

[2]童義學(xué).軟巖巷道二次支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2004，32（12）：16－18.

[3]左清泉，李長(zhǎng)青.極軟巖巷道錨索錨注二次支護(hù)技術(shù)的探討與實(shí)踐[J].能源技術(shù)與管理，2006（3）：19－20.

[4]萬(wàn)援朝.二次支護(hù)原理在深井軟巖硐室支護(hù)中的實(shí)踐[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2006，34（9）：5－7.

[5]魯巖，柏建彪，鄒喜正.深井軟巖巷道二次支護(hù)技術(shù)及應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭，2007，33（7）：41－43.

[6]楊曉東，張鳳旺，王千里.軟巖大斷面泵房二次支護(hù)技術(shù)[J].能源技術(shù)與管理，2005（4）：41－42.

[7]常慶糧，周華強(qiáng)，李大偉，等.軟巖破碎巷道大剛度二次支護(hù)穩(wěn)定原理[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2007，24（2）：169－173.