软岩巷道支护方式的选择与应用

来源:用户上传      作者: 刘金库

　　【摘　要】根据宝泰隆煤矿地质构造复杂、岩石松软破碎、围岩遇水泥化等特点，选择不同劫掠形式，满足了支护要求，保证了巷道长期稳定及安全施工。
　　【关键词】软岩巷道；支护形式；联合支护
　　0.概述
　　宝泰隆煤矿设计生产能力45万t/a，主井净直径φ4.5m，副井净直径φ5.0m，深571.5m，表土层厚458.5m，冻结深度488m，基岩段55m。地面标高+27.5m。井底车场位于—480m水平。
　　岩性以粉砂岩为主，紫红色粉砂岩，夹灰绿色、参差状断口，夹薄层状、条带状、团块状泥岩，水平纹理及交错层理，裂隙较发育，被方解石、泥质充填，局部见泥质包裹体，强度很低。
　　由于巷道距表土层较近，且断层及次生断层较多，给掘进支护带来困难。巷道掘进后，围岩变形快，矿压显现明显，流变性显著，岩石遇水泥化。该矿通过与科研部门合作及施 工实践，根据不同地质条件，采用了多种支护形式，满足了支护要求，收到了较好效果。
　　1.巷道支护方式选择
　　-480m水平井底车场及相关巷道施工后，大部分出现不同程度的破坏现象，经过分析与研究确定，先对破坏段喷 砼封闭，然后经过一段时间应力释放，同时进行矿压观测，根据观测的结果，进行优化二次支护方案，适时进行二次支护，收到较好的支护效果。
　　1.1锚网喷支护
　　锚网喷支护利用围岩自身的强度及改善围岩的性状，以达到围岩的稳定。它是一种及时、柔性支护，能控制和适应围岩变形，使用范围广，应用效果好。特点是及时封闭、防止风化、工艺简单。锚网喷支护在济西矿大部分巷道施工中采用。井底车场锚网喷支护的巷道，第一次支护后，出现不同程度开裂炸皮，喷层脱落等破坏现象。为保证安全，把开裂炸皮砼处理掉后，喷一层50mm砼，通过3-4M应力释放，待围岩基本稳定后，进行锚网喷二次支护。经过1年多观 察，未发现破坏现象。
　　支护参数：锚杆φ18mm×l800mm，间排距800mm×800mm，喷厚100mm，喷射砼标号C20，全断面挂网，金属网规格φ6.5mm×l750mm×950mm，网格100mm，搭接150mm。
　　1.2锚网喷棚注联合支护
　　U型支架支护，预留一定可缩空间，承载能力大，适用于软岩及断层破碎带。该支护形式充分体现先让后抗，抗让结合的软岩支护原则。在巷道基本稳定后再进行注浆壁后充填，以保证巷道长期稳定。掘进后先进行锚网喷支护，根据矿压观测变形规律及周期来压时间，尽量避开应力剧烈组合期，适时进行U型支架支护。
　　(1)外层支护。锚网喷支护，锚杆φ18mm×l800mm，喷厚100mm，锚杆间排距750mm×750mm，800mm×800mm，喷射砼标号C20。
　　(2)支架网支护。29U型钢支护，棚距750mm，搭接500mm，每个搭接用2个卡缆固定，棚拉杆用φ6螺纹钢加工，每棚配拉杆6道，棚外铺金属网；网紧贴U型支架并固定，网规格1750mm×950mm×φ6.5mm，网格100mm×l00mm，网搭茬150mm，棚外间花背背板，背板规格：l300mm×l00mm×50mm，棚内喷保护层25mm封闭。
　　1.3锚网喷砼注联合支护
　　掘进后先进行锚网喷一次支护，再适时进行砼二次支护。砼支护承载能力大，但初期强度低，让压性能小。解决方法一是放大掘进半径，二是在碹体外采用软填充，以减缓应力对碹体破坏。软充填方法是在砼与岩面之间用碴子袋填碹或是铺设50mm聚苯乙烯泡沫塑料板缓冲层。为保证设计断面，净断面放大50～100mm。最后在岩石基本稳定后，根据矿压观测结果，适时进行壁后注浆充填。
　　锚网喷砼联合支护在胶带机硐室、水仓、泵房、变电所等工程实际应用中，取得了较好的效果。
　　1.4锚杆锚索锚注联合加固支护
　　锚索锚固深度大，承载能力强，可施加预紧力。它是把锚杆、砼形成的加固拱悬吊于深部稳定岩层，提高围岩强度及稳定性，以达到巷道的长期稳定。由于地质原因副井马头门、水仓、等候室、胶带机头硐室泵房等砼工程，不同程度出现破坏现象。通过采用锚杆、锚索、锚注联合支护形式进行加固，收到较好效果。
　　锚索选用φ17mm×8100mm的钢铰线制作，每根锚索均用4支Z3560型专用树脂药卷锚固，锚索托盘用厚20mm钢板，长度600mm，宽200mm，锚固段长度2m，锚索张紧力不低于20t。
　　注浆锚杆选用：锚杆φ32mm(M30)冷轧无缝钢管，壁厚6-8mm；锚杆长度2000-3000mm；锚杆间距1800mm，排距1600mm；与锚索呈梅花形间隔布置。高强锚杆φ28mm×4000mm，20MnSi(16Mn)左旋螺纹钢；锚杆间距700-900mm排距1600mm。
　　2.问题探讨
　　2.1合理选择层位及巷道布置对巷道的影响
　　宝泰隆矿井底车场布置水平距表土段仅50余m，且多处位于断层破碎带，给井巷施工及支护带来困难。井底车场乘人车线、5号交岔点、水仓上车场、泵房等均位于断层破碎带。以上巷道在开挖后，由于径向荷载作用，打破原岩三向受力状态，造成顶板下沉、帮部位移、底鼓等破坏现象。乘人车线原支护为锚网喷槽钢支架支护。该段破坏比较严重，破坏形态为支架腿收敛内移：扭曲，折断、拱部破坏后形成尖桃状，帮部最大位移1320mm，底鼓量870mm。
　　井底车场布置密度大，如等候室、变电所、泵房等均为方块形布置。掘进时易产生多次扰动，造成部分巷道变形破坏。因此合理选择巷道层位和巷道布局是巷道稳定的重要因素之一。
　　2.2二次支护时间的确定
　　对于软岩及构造应力巷道，单一的支护形式是不能满足支护要求的，应采取合理的二次支护进行加固。二次支护加固形式及时间应根据一次支护后矿压观测数据、围岩的流变情况及巷道所处的地质条件来确定。宝泰隆矿井底车场乘人车线、5#交岔点及水仓上车场由于处于断层破碎带，在一次支护后通过3-4M的应力释放后进行锚网喷棚注二次加固支护，而对于其它无地质构造带，则采取锚网喷支护二次加固，经过la观测巷道基本趋于稳定，未出现破坏现象，取得了较好的技术经济效果。
　　2.3巷道预留变形空间的确定
　　巷道在开挖时预留一定变形空间，变形空间包括掘进断面及净断面。变形空间大小应根据现场实测位移量来确定。砌碹巷道在初次支护至原设计支护体之间采用碴袋填碹及泡沫板软充填，一方画给软岩巷道提供一定变形空间，另一、方面围岩变形压力不直接作用于尚未达到设计强度的砼碹体上，保证砼支护受力状态，提高支护强度。由于爆破所出现凹凸不平现象，仅按设计达到喷浆厚度是不能满足支护要求的，因为爆破所产生的超欠挖部分，容易引起应力集中，导致受压破坏。采取风镐修饰、整形及喷砼衬平，使支护体均匀承载，能够提高围岩的自稳能力。
　　2.4底鼓对巷道稳定的影响
　　巷道底鼓是影响拱墙稳定的重要因素之一。巷道底鼓后造成水沟破坏，墙体及基础位移，影响拱部的稳定继而造成顶板下沉、冒落。控制底鼓采取了以下措施，取得了较好的效果：①及时开挖水沟避免巷道积水；②墙基处下扎50度施打2排加固锚杆；③地压较大时应采取反底拱；④架棚段棚腿处采取双锚杆配钢垫板加固棚腿；⑤底板注浆加固等措施。
　　3.结语
　　(1)软岩巷道强度小、自稳能力差，初期来压快，遇水易泥化，且具有明显的时间效应；因此必须根据不同的地质条件，依据矿压观测结果，采取合理支护形式，保证安全施工。
　　(2)应建立测压队伍，安排专业矿压观测人员，购置测压仪器，边检测边施工，以实测数据指导现场施工，完善份计支护形式，满足支护要求。
　　(3)加强对软岩特点、周期来压时间、变形规律及支护技术研究分析，为施工支护提供科学技术保障。

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