刘金鹏

[摘 要]本论文是以龙煤矿业集团鸡西分公司荣华立井煤矿主运输大巷为工程实例，通过对西主运输大巷破坏特征分析和变形规律现场监测，分析总结了深部软岩巷道的变形破坏影响因素。运用弹塑性理论分析得出支护抗力与塑性区半径的变化关系。针对不同支护方式作用机理进行了详细的分析与探讨，在此基础上提出了“锚网索喷 +U型钢可伸缩性支架”联合支护技术。

[关键词]立井 运输巷道 支护

中图分类号：U215 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）11-0152-01

1 支护参数选择

根据荣华立井东主运输巷道地质情况和数值模拟分析结果，确定该巷道的支护总体采用锚网索喷支护，在巷道实施光面爆破后应立即喷射一层混凝土，厚度约为50mm，然后布设金属网、W钢带，打入锚杆锚索，最后再喷射一层混凝土，厚度约为100mm。底板采用反底拱结构封底，底臌严重地段可采用桁架反底拱结构。

锚索采用5.24mm钢绞线，长度6000mm，外露长度150～250mm，CK2335型樹脂药卷，每眼两卷，锚索托盘用11#矿工钢，长度400mm。锚索的间排距为800mm×800mm[32]。W钢拉带：长4500mm，每片眼距800mm，5个眼。金属网采用冷拔钢丝网，网孔规格为50mm×50mm的8#镀锌钢丝网1000～2200mm，金属网搭接长度200mm，逐扣搭接。双次喷砼：首次喷50mm，二次喷100mm，喷层强度等级C15。水泥采用PO425水泥，设计简图如图1所示。

2 支护材料及支护参数

（1）锚杆采用直径为φ20mm，长2.0m的左旋螺纹钢，锚杆间排距0.8×0.8mm。

（2）锚索采用直径为φ17.2mm钢绞线预应力锚索，长度为6m，锚固力20T。

（3）锚杆托盘利用150×150×8mm钢板制成，锚索托盘为I120矿用工字钢，长度300mm。

（4）采用树脂药卷锚固。锚杆树脂药卷用量2卷/根，锚索树脂药卷用量4卷/根。

（5）金属网用8#铁线编制成网，网眼50×50 mm，规格1.0×2.0m/片 ，H钢带用φ16m圆钢焊接，4米/根。

（6）金属网沿巷道断面铺设，全断面挂网，采用锚杆和锚索固定H钢带进而固定金属网。

（7）喷射砼厚度150mm，强度C15。

支护用钢量、锚杆、锚索、药卷个数、混凝土用量及各断面大小参数。

3 施工要求

（1）巷道轮廓控制。严格按照光爆要求施工，控制周边眼距、抵抗线和装药量，减少对围岩的爆破震动，提高围岩的自稳自承能力。当围岩松散破碎严重时，周边眼严禁装药放炮，可采用风镐或手镐刷帮顶成型。

（2）锚杆支护施工要求。新掘巷道锚杆采用长度2.2m、直径φ22mm的左旋螺纹钢锚杆，利用2个药圈进行端头锚固。

（3）锚杆支护施工工艺流程。打巷道周边锚杆孔―清孔—安装锚杆杆体—挂金属网和挂钢筋—安装托盘—拧紧螺母。

药卷的搅拌对保证锚固质量十分重要，直接影响到锚固效果的好坏。所以要求严格控制药卷的搅拌时间，同时要求药卷的搅拌过程应连续进行，中途不得间断。药卷的搅拌作业完成的同时，托板应压紧钢带使其托住顶板，螺母也需拧紧。利用气动板机或加长六角扳手对锚杆施加预紧力，充分拧紧（预紧力扭矩应达到100N.M。）

（4）预应力锚索施工。预应力锚固是把锚索埋入岩层内部进行预加应力的施工技术，是一种传递主体结构的支护应力至深部稳定岩层的主动支护方式。用高强度钢绞线代替锚杆，可以传递较大的拉应力。另外，由于其具有一定的柔性，因此可以在有限的巷道空间内深入至较深的钻孔内进行锚固，这是钢筋类锚杆和其它支护形式是无法比拟的。锚索的锚固力应大于20t。

锚索钻孔可用锚杆钻机施工，钻孔孔壁要平直，钻孔完毕后将孔内残屑清理干净，用锚索将树脂药卷送至孔底，锚索每孔用药4卷。当药卷全部送至孔底后，用搅拌器带动锚索进行搅拌，充分搅拌均匀后将锚索临时固定。当药卷产生锚固力后安上锚索托盘和锁具，用锚索预紧器进行预紧，预紧力达到100～150KN后，摘下锚索预紧器，锚索自行锁定。双层φ20mm钢筋+500mm厚混凝土全封闭支护（图2）。

4 总结

现场实测西主运输大巷变形规律，监测结果表明：无论是两帮或顶底板移近量都有开挖初期变形速率快、变形量大的特点，它们的变形速率会随时间的增加而逐渐降低。随时间推移逐渐趋于稳定，顶板下沉曲率逐渐减小，两帮收敛速率减缓，但仍有收敛倾向，并非完全稳定。实验室测试了巷道围岩物理力学性质及矿物成分分析，测试结果表明：荣华立井西主运输大巷围岩单轴抗压强度最大接近50Mpa，岩样在干燥状态下，其单轴抗压强度并不是很低，但围岩水解性高，遇水软化，膨胀性强，属于典型的高应力—膨胀性软岩。利用钻孔窥视仪和地质探测仪探测围岩松动圈，探测结果表明：荣华立井西主运输大巷围岩为典型的遇水软化围岩，节理、裂隙发育，明显松动范围为2～2.2m。

针对不同支护方式机理进行了深入研究，结合西主运输大巷实际情况，提出了应对深部软岩巷道的“锚网索喷+U型钢可伸缩性支架”联合支护技术。锚索支护技术与锚杆支护相互配合使用，锚索长度可穿过不稳定岩层松动圈，将不稳定岩层悬吊在巷道围岩深部稳定岩层内，提高锚固力；同时U型钢可伸缩支架支护配合锚网喷支护，通过构件间的可缩和弹性变形来调节支架承受载荷，具备适应深部软岩巷道围岩大变形和大地压的能力，可以形成一个多层有效组合拱，促使围岩应力状态趋于平衡，提高深部软岩巷道围岩整体性以及强度。“锚网索喷+U型钢可伸缩性支架”联合支护技术不是多种支护方式的简单叠加，而是充分发挥锚、网、索、喷、U型钢支护特点，多种支护方式相互配合，共同实现深部软岩巷道的稳定。其实质就是对深部软岩巷道实现锚、网、索、喷、U型钢耦合支护，使支护结构与巷道围岩形成有机的整体，保证巷道的稳定性。

针对深部软岩巷道变形特点，在围岩变形规律测定、岩石物理力学测试和松动圈测定的基础上 ，设计计算得出荣华立井西主运巷道具体支护实施方案和支护参数。应用COMSOL数值模拟软件对西主运输大巷在不同支护条件下的数值模拟计算，通过对各种方案模拟结果进行对比，验证了“锚网索喷+U型钢支架”联合支护方案和支护参数的可行性。