沙 敏

（永泰能源華瀛山西公司，山西 晉中 030600）

1 概述

煤礦井巷設計施工中，特別是確定井下煤倉的支護型式時，深感數(shù)據(jù)不足，常常依靠工程類比來確定煤倉的支護參數(shù)及型式，為了保險起見常常沿用傳統(tǒng)支護型式，這種方法帶有盲目性，甚至造成不合理性。眾所周知，決定煤倉支護型式的主要因素是：承載能力、經(jīng)濟指標、倉壁耐磨性、勞動強度及工藝流程?，F(xiàn)澆素混凝土或鋼筋混凝土支護這一傳統(tǒng)型式，曾被普遍應用。新型支護型式錨桿錨索金屬網(wǎng)噴射混凝土（簡稱錨網(wǎng)噴）支護，具有強大生命力和科學性，據(jù)國內(nèi)外的研究及實踐表明，錨網(wǎng)噴支護型式將會取代現(xiàn)澆混凝土這一傳統(tǒng)支護型式。

筆者長期關注中煤大屯礦區(qū)，調(diào)查了解神華新疆、山西呂梁華潤聯(lián)盛、靈石永泰能源等礦區(qū)，礦井主煤倉、采區(qū)煤倉設計和使用的實際情況，結(jié)合中外礦壓理論、礦壓實驗數(shù)據(jù)、實際施工案例，僅就井下煤倉支護型式的合理選擇，分別對錨網(wǎng)噴和現(xiàn)澆混凝土兩種支護型式進行分析。

2 錨網(wǎng)噴支護的機理及其優(yōu)點

1）錨網(wǎng)噴支護的實質(zhì)在于：通過錨桿、錨索、金屬網(wǎng)和噴射混凝土層的內(nèi)強作用，積極地對圍巖進行支護；而現(xiàn)澆混凝土支護僅僅對圍巖起著消極的、被動的支撐作用。

俄羅斯工學博士斯特列佐夫等，從顯微鏡下的研究表明：噴射混凝土層與巖層的膠結(jié)非常致密，并沒有像現(xiàn)澆混凝土那樣在兩者之間存在氣孔、間隙。由此得知，噴層與巖層相交面的微觀硬度大大超過了現(xiàn)澆混凝土的粘附性能，從而使噴層與相交的巖層共同承載。

2）中國工程院錢鳴高院士的礦山壓力與巖層控制學突破觀點認為，在一般條件下，整個峒體的各個部位發(fā)生全面破壞之前，往往從某處或幾處符合破壞條件的部分開始，即點突破。點突破引起鄰近點的新的破壞，以致引起某一薄弱部分發(fā)生冒落。由于噴射混凝土層與圍巖全面緊密接觸，其對圍巖的載荷（較現(xiàn)澆混凝土）均勻得多，從而減少或避免了應力集中的可能，即點突破的可能，達到對圍巖積極支護的目的。

而現(xiàn)澆混凝土因其施工方式所限，無論怎樣也避免不了由于對巖石的載荷不夠均勻而導致點突破這一現(xiàn)象發(fā)生的可能性。另外，噴層與圍巖緊密接觸，使得峒體表面圍巖由支護前的雙向應力狀態(tài)，轉(zhuǎn)為三向應力狀態(tài)，使圍巖趨于穩(wěn)定。

3）在有張開型節(jié)理裂隙的圍巖中，噴射混凝土充填到裂隙中產(chǎn)生粘結(jié)和組合作用，使噴層和碎塊巖石組合形成拱結(jié)構(gòu)時，可以提供比噴層本身大得多的承載能力，模擬不同類型拱的承載能力，如表1所示。

表1 模擬不同類型拱的承載能力

4）通過模型試驗和研究得知，錨桿（錨索）不僅可以錨固碎塊巖石，以支持巖塊自身重量，而且當以一定方式系統(tǒng)布置預應力錨桿群時，可在圍巖內(nèi)形成一個承載拱，作為承載結(jié)構(gòu)來承載外載荷。錨桿（錨索）產(chǎn)生承載拱的原理體現(xiàn)在兩個方面：其一是錨桿（錨索）使破碎或松軟巖層的強度得以提高，主要表現(xiàn)在粘結(jié)力增加。特別是在錨桿（錨索）、金屬網(wǎng)、噴射混凝土作用范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)面上的強度增加，對圍巖穩(wěn)定更有積極意義。其二是在錨桿（錨索）群的作用下圍巖應力重新分布。在錨桿的徑向作用下圍巖靠近表面的是拉應力區(qū)，向內(nèi)為壓力應力狀態(tài)，因而穩(wěn)定，這就是承載拱的力學特征。

3 噴射混凝土的強度及滲水性皆優(yōu)于現(xiàn)澆混凝土

1）在噴射混凝土與現(xiàn)澆混凝土級配組成相同的條件下，由于前者利用壓風將拌合料噴射在一起，其膠結(jié)程度是非常致密的；而后者則是利用震動方法使拌合料鑄為一體，其拌合料互相間由于施工方式限制而存在氣泡等，故在物理學性質(zhì)上產(chǎn)生了明顯的差別—噴射混凝土的試塊強度要比現(xiàn)澆混凝土試塊強度大1.5～2倍，滲水性前者小于后者12%。

2）在俄羅斯頓巴斯中心礦井，其技術(shù)人員在同組成和同級配的條件下采用HB-5型伐爾夫儀測定噴射混凝土層的抗壓強度為300～350 kg/cm2，而混凝土的抗壓強度都不超過200 kg/cm2（支護齡期為2a）。測得其噴射混凝土層的空隙度為4%～6%?，F(xiàn)澆混凝土層的空隙度為16%～18%。

4 錨網(wǎng)噴支護可以獲得最佳經(jīng)濟效益

1）錨網(wǎng)噴支護（與現(xiàn)澆混凝土支護相比），施工工藝簡單，它將混凝土的輸送、澆灌、搗固等作業(yè)合成一個工序，且不需要穩(wěn)固及立模；在相同勞動組織情況下，施工速度快、效率高；臨時支護和永久支護合一，從而大大降低了勞動強度及工傷事故率。俄羅斯專家們在頓巴斯中心區(qū)煤礦，對凈斷面為10 m2的巷道進行經(jīng)濟分析，發(fā)現(xiàn)采用噴射混凝土（厚100 mm）比現(xiàn)澆混凝土（厚300 mm）支護節(jié)約材料費用5 400.0盧布/m。

2）對于煤倉工程，經(jīng)濟指標的主要標準是基建投資。不包括現(xiàn)澆混凝土施工工期長而多支付的工期費用，僅就永泰能源華瀛公司金泰源煤礦井下1號煤倉（高23 m、凈直徑6 m），倉體及上口部分采用兩種不同型式支護的材料消耗費用而言，明顯顯示出錨噴支護的優(yōu)越性，可節(jié)省材料消耗費用約118 246.69元。

5 錨噴支護倉體能夠滿足磨損要求

1）煤倉的磨損在設計中是一項不容忽視的因素。對于膠帶輸送機卸煤的短粗立式煤倉來說，其磨損主要發(fā)生在倉內(nèi)貯料不斷放出的過程中，并包括對倉底的沖擊磨損。煤倉倉底漏斗在筒倉的中心部位，此時，貯料對倉壁的磨損基本是均勻的。由于煤倉粗短，倉體部分斷面大，貯料流動慢，則磨損程度亦較小。而在下部漏斗口附近由于斷面縮小，流動速度加快，其磨損比其倉體部分要大，且受沖擊磨損，而煤倉下口漏斗部分由于結(jié)構(gòu)相對復雜，位置精度要求高，一般設計為內(nèi)扎鋼筋現(xiàn)澆混凝土型式，按此設計施工可滿足磨損及承載要求。

2）噴射混凝土的結(jié)構(gòu)致密、強度大，其耐磨性比現(xiàn)澆混凝土的耐磨性大。采用兩種不同型式支護，雖支護厚度不同，但其耐磨年限并不因支護厚度而相異。實踐證明：錨噴這一新型支護方式，已在部分礦井取得成功。例如筆者組織施工的中煤大屯徐莊礦運煤系統(tǒng)改造工程，一、三、五采區(qū)煤倉，上鎖口、倉體采用噴射混凝土加管縫式錨桿支護，使用效果良好。

3）黑龍江龍煤礦業(yè)集團鶴崗富力礦一開拓區(qū)的-380～-450 m水平過度煤倉，直徑7 m，毛斷面40 m2，全倉深度46.5 m，采用反井鉆機先鉆直徑1.2m小孔，再從上向下擴大，該煤倉位于斷層破碎帶中，圍巖相對不穩(wěn)定，經(jīng)過反復論證采用錨桿、錨索加噴砼支護型式，效果理想。山西同煤集團忻州窯礦二水平主煤倉采用錨噴支護。該倉為立斜混式倉體，立倉直徑6 m，垂深13.9 m；斜倉為拱形斷面，長50.43 m，煤倉穿過的巖層為砂巖和砂巖質(zhì)頁巖等。其倉體部分立倉噴200～250 mm、斜倉噴150 mm混凝土；在巖層破碎帶先加了鋼絲繩錨桿并連成網(wǎng)狀，然后噴射混凝土。

4）陜煤集團銅川王石凹煤礦采區(qū)煤倉所穿過的巖層為鋁土質(zhì)頁巖、頁巖和石灰?guī)r，同時穿過幾個煤層。鋁土質(zhì)頁巖極易風化，遇水膨脹呈泥狀，層理、節(jié)理發(fā)育，容易片落。1982年采用錨噴支護，錨桿為鋼絲繩砂漿錨桿，桿深1 500 mm，間距800 mm×800 mm，噴厚150 mm，配比1∶2∶2；在穿過鋁土頁巖段時將噴厚加大到250 mm，且增加250 mm×250 mm方格式鋼絲繩網(wǎng)。這種支護改變了過去采用料石支護而出現(xiàn)的重新加固等被動局面。還有開灤唐山礦水平間煤倉、撫順龍風礦中央煤倉等等，皆采用了錨噴支護，其使用效果都是成功的。

6 結(jié)束語

通過以上分析，筆者認為煤倉倉體及上鎖口，皆宜采用錨網(wǎng)噴支護，在個別破碎地段可加扎金屬網(wǎng)、加打錨索以加強支護強度，若遇極度破碎帶、含水層時，可采用提前加注羅可修或瑪麗散進行穩(wěn)固圍巖和堵水處理。