论文部分内容阅读
[摘 要]本文浅析软岩巷道矿压显现的基本特点、锚网索和钢筋梯联合支护的作用与原理、支护方式及参数选择、施工支护工艺及总体效果评价。
[关键词]煤矿井巷；锚网索；联合支护；技术
中图分类号：U455.7+2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0384-01
矿井开采过程中，随着深度的增加，井巷岩体压力也在逐步加大，受力环境更加复杂。当施工永久性大断面巷道时，传统的支护理论与方式就不能满足要求了，必须应用现代支护理论。采用锚网索联合支护方式，就能保证破碎岩石巷道得到有效的支护。
1 软岩巷道矿压显现的基本特点
①巷道矿压显现随埋深的增加而加大。此时一般围岩应力小于围岩强度，若采用锚网喷支护，巷道维护效果就好。②地质构造不同，岩层的岩性与矿压显现也不同。受断层等地质构造影响的围岩压力也加大，变形加快；断层破碎带的围岩离散、松软，巷道易发生冒顶、片帮。③巷道掘进后初始来压较快、应力较大。巷道开掘后应力重新分布，岩石极限抗压强度降低，围岩易变形破坏。④软岩巷道受采动及邻近巷道的掘进与维修的影响，其矿压显现剧烈，围岩变形加快。⑤因巷道断面及形状不同，其矿压显现也不同。断面越大，所揭露出来的构造弱面越多，矿压显现越明显。同样，巷道曲面率越小，巷道显现越明显。软岩巷道常采用圆形或椭圆形断面，就是因为其断面自承结构合理，矿压显现相对较小，所以有利于保持巷道稳定。
2 锚索网和钢筋梯联合支护的作用与原理
由于锚杆的挤压加固作用，在围岩中形成一定厚度均匀压力连续压缩带，从而能保持自身稳定，又能承受地压，阻止上部围岩松动变形；当喷射混凝土及时封闭围岩，能改善围岩应力状态，增强围岩稳定，并起到柔性支护结构；钢筋网和钢筋梯的使用，也可以增强支护的整体性，并起到桁架支承作用。应用锚索控制围岩松动向深部扩展，采用联合支护就是利用围岩自身的受力特点，来提高围岩自身支承能力和外部支承能力，促进围岩提早形成稳定状态，并尽量限制松动圈扩展的。
3 支护方式及参数选择
针对软岩巷道的支护方式，采用锚网喷支护及U29型钢棚、锚、网、喷联合支护等形式比较有效，但对于巷道多次返修变形严重，松动圈变大的情况，若仍采用该支护方式，则也会存在以下问题：①因围岩松动圈增大，围岩整体性差，支护结构对改善围岩承载能力的作用显著减小。②支护体本身的支护强度无法抵抗作用于其上的围岩应力，会导致巷道再度变形和破坏，对长期稳定不利。③工序和劳动组织复杂，维修工作量大，占用工期长，影响正常生产。1）支护方式选择。巷断面大、服务年限长的，选择好正确的支护方式能保证将来安全使用。传统支护方式：①锚喷临时支护与混凝土砌碹永久支护的联合支护。②可缩性U型钢棚与喷碹联合支护。第一种由于巷道变形压力持续作用时间长，混凝土易开裂冒落，且施工工艺复杂，施工中掘进与支护作业相互影响，工作面与砌碹支护之间要做临时支护，进度慢，工序复杂，工资费用高，材料消耗多。第二种支护由于断面大，施工难度大，安全系数小，且容易造成抽顶，支架易变形，巷道维修费用高。因此，现实中常采用锚索网、钢筋梯联合支护。2）支护参数选择。如某处锚杆选用ф2Omm左旋螺纹钢锚杆，根据加固拱原理，可确定锚杆系数。①锚杆长度（锚杆规格型号为GM20/2400、材质为无纵筋螺纹钢式树脂锚杆金属杆体）：L=N（1.1+B/10）=1.2×（1.1+ 4.8/10）=1.85；②锚杆间距（800×800mm）：D≤0.5L=0.5×1.85=0.92（B为巷道跨度，m；N为围岩稳定性系数—IV类围岩取1.1、V类围岩取1.2）；锚杆长度2.0m，间、排距1.0m。③锚索间、排距的确定：Sa=3（δa）/4a2rk（式中：δa为为单根锚索超极限破断力，kN，取260；a为巷道宽度，m；r为为上覆岩层平均容重，Kn/m3，取25.3；k为安全系数，取2）。通过计算，确定锚索为15.24mm钢绞线，长度根据围岩性质为5～8m，锚索排距为2.0m，每排两根锚索，其托盘采用工字钢制成，长0.8m。钢筋网（Φ6.0mmm圆钢编焊，规格2600×950mm，网孔150×150mm）选择规格1.2×2m，网眼50×50mm，钢筋直径4mm，钢筋梯选用ф=12mm圆钢制成。425#水泥、矸石作骨料，5mm以下矸石作细料，5～16mm矸石作粗骨料。水泥与矸石按1：4配比，水灰比0.45，混凝土标号达到200#，最终喷碹厚度为150mm。锚固剂选择聚脂树酯锚固剂，选用快速和中速两种。锚索锚固剂直径为23mm，锚杆锚固剂为25mm。锚索或锚杆使用2个锚固药卷时，眼底用快速锚固剂，外侧使用中速锚固剂即可。
4 施工支护工艺
1）锚网喷支护。对巷道破坏段在全断面刷帮挑顶后，先进行初喷，喷厚30～50mm，再打安树脂锚固的螺纹钢锚杆和金属网。螺纹钢锚杆采用单向左旋无纵筋螺纹钢制作，锚杆规格（同前）520×1800mm。采用2卷型号为Z2950树脂药卷锚固（锚固力100kN以上）。锚杆间排距700×700mm，矩形排列。金属网（同前）可用10#铁丝编织成菱形网。用8mm钢板制作的半球形托盘（锚杆用200×200mm型托盘）和高强度螺母固定锚杆并压紧网子。2）内注浆锚杆的安装与支护。初喷和锚网支护后，布置端锚内注浆锚杆（间距1400×1400mm），为螺纹钢锚杆间排距的两倍，树脂端锚。注浆锚杆安好后进行喷浆，喷浆层盖严原螺纹锚杆和金属网，保证内注浆锚杆的孔口外露30～50 mm，最后利用内注浆锚杆进行注浆加固围岩，并安装锚杆托盘。注浆材料采用单一水泥浆，浆液水灰比为0.8～1.0，注浆压力1.5～2.0MPa。3）工艺质量要求。喷浆时要注意断面的成型并规整；打安螺纹钢锚杆要牢固可靠，达到规定锚固力；锚杆托板紧压金属网，并贴近岩帮，以产生足够支撑力，最好用机械方式紧固螺母；巷道底脚锚杆要比其它锚杆长200～400mm，为保证支护效果，底脚处要保证喷网层超过底板处100～200mm，与底板喷射混凝土层紧密结合，以避免底脚注浆时从底板处跑浆；注浆自上而下，由帮到顶；浆液配制必须按规定的水灰比，事前过滤，注浆后待浆液凝固达到一定强度时及时安装锚杆托盘。
5 总体效果评价
①锚、网、喷、注联合支护技术，因注浆可滞后于锚网喷，既不影正常使用，又可缩短工期，节省材料。②巷道帮、顶底板移近量小。其支护技术方法可行，工艺合理，效果显著。③松软破碎软岩，长期蠕变，注浆后从根本上改变了其应力结构，增加了内聚力和内摩擦角，提高了整体性和抗压强度，再加上高强度锚杆支护，使锚杆与注浆形成一体，互为保证，可有效阻止深部围岩进一步软化和支护结构的挤压错动作用，有利于保证长期稳定。④要采用合适的支护方案，必须根据围岩的各种物理力学性质、应力条件及巷道底鼓的程度，再加技术经济比较，以确定最佳支护方案。
6 结论
①提高巷道成形质量，关键是要减轻爆破时围岩的松动破坏，减少支护工作难度。缩短围岩暴露时间，爆破后要刷大断面，按光面爆破控制好周边轮廓及围岩松动范围，充分发挥围岩自身承载能力，改善支杆受力状态，提高支护效果。②因受围岩稳定的限制和采用中深孔爆破循环进度过大，极易产生片帮、抽冒顶问题，难以实施联合支护，钢筋网规格要满足循环作业，并及时锚喷支护。③锚喷网+钢筋梯+锚索支护技术具有较好的支护作用，又发展前景，并能实现施工安全，减轻工人劳动强度，且有显著的经济效益。
参考文献
[1]张明.锚网喷注联合支护技术在修复软岩巷道中的应用[J].矿山压力与顶板管理，2003，3：29-30.
[关键词]煤矿井巷；锚网索；联合支护；技术
中图分类号：U455.7+2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0384-01
矿井开采过程中，随着深度的增加，井巷岩体压力也在逐步加大，受力环境更加复杂。当施工永久性大断面巷道时，传统的支护理论与方式就不能满足要求了，必须应用现代支护理论。采用锚网索联合支护方式，就能保证破碎岩石巷道得到有效的支护。
1 软岩巷道矿压显现的基本特点
①巷道矿压显现随埋深的增加而加大。此时一般围岩应力小于围岩强度，若采用锚网喷支护，巷道维护效果就好。②地质构造不同，岩层的岩性与矿压显现也不同。受断层等地质构造影响的围岩压力也加大，变形加快；断层破碎带的围岩离散、松软，巷道易发生冒顶、片帮。③巷道掘进后初始来压较快、应力较大。巷道开掘后应力重新分布，岩石极限抗压强度降低，围岩易变形破坏。④软岩巷道受采动及邻近巷道的掘进与维修的影响，其矿压显现剧烈，围岩变形加快。⑤因巷道断面及形状不同，其矿压显现也不同。断面越大，所揭露出来的构造弱面越多，矿压显现越明显。同样，巷道曲面率越小，巷道显现越明显。软岩巷道常采用圆形或椭圆形断面，就是因为其断面自承结构合理，矿压显现相对较小，所以有利于保持巷道稳定。
2 锚索网和钢筋梯联合支护的作用与原理
由于锚杆的挤压加固作用，在围岩中形成一定厚度均匀压力连续压缩带，从而能保持自身稳定，又能承受地压，阻止上部围岩松动变形；当喷射混凝土及时封闭围岩，能改善围岩应力状态，增强围岩稳定，并起到柔性支护结构；钢筋网和钢筋梯的使用，也可以增强支护的整体性，并起到桁架支承作用。应用锚索控制围岩松动向深部扩展，采用联合支护就是利用围岩自身的受力特点，来提高围岩自身支承能力和外部支承能力，促进围岩提早形成稳定状态，并尽量限制松动圈扩展的。
3 支护方式及参数选择
针对软岩巷道的支护方式，采用锚网喷支护及U29型钢棚、锚、网、喷联合支护等形式比较有效，但对于巷道多次返修变形严重，松动圈变大的情况，若仍采用该支护方式，则也会存在以下问题：①因围岩松动圈增大，围岩整体性差，支护结构对改善围岩承载能力的作用显著减小。②支护体本身的支护强度无法抵抗作用于其上的围岩应力，会导致巷道再度变形和破坏，对长期稳定不利。③工序和劳动组织复杂，维修工作量大，占用工期长，影响正常生产。1）支护方式选择。巷断面大、服务年限长的，选择好正确的支护方式能保证将来安全使用。传统支护方式：①锚喷临时支护与混凝土砌碹永久支护的联合支护。②可缩性U型钢棚与喷碹联合支护。第一种由于巷道变形压力持续作用时间长，混凝土易开裂冒落，且施工工艺复杂，施工中掘进与支护作业相互影响，工作面与砌碹支护之间要做临时支护，进度慢，工序复杂，工资费用高，材料消耗多。第二种支护由于断面大，施工难度大，安全系数小，且容易造成抽顶，支架易变形，巷道维修费用高。因此，现实中常采用锚索网、钢筋梯联合支护。2）支护参数选择。如某处锚杆选用ф2Omm左旋螺纹钢锚杆，根据加固拱原理，可确定锚杆系数。①锚杆长度（锚杆规格型号为GM20/2400、材质为无纵筋螺纹钢式树脂锚杆金属杆体）：L=N（1.1+B/10）=1.2×（1.1+ 4.8/10）=1.85；②锚杆间距（800×800mm）：D≤0.5L=0.5×1.85=0.92（B为巷道跨度，m；N为围岩稳定性系数—IV类围岩取1.1、V类围岩取1.2）；锚杆长度2.0m，间、排距1.0m。③锚索间、排距的确定：Sa=3（δa）/4a2rk（式中：δa为为单根锚索超极限破断力，kN，取260；a为巷道宽度，m；r为为上覆岩层平均容重，Kn/m3，取25.3；k为安全系数，取2）。通过计算，确定锚索为15.24mm钢绞线，长度根据围岩性质为5～8m，锚索排距为2.0m，每排两根锚索，其托盘采用工字钢制成，长0.8m。钢筋网（Φ6.0mmm圆钢编焊，规格2600×950mm，网孔150×150mm）选择规格1.2×2m，网眼50×50mm，钢筋直径4mm，钢筋梯选用ф=12mm圆钢制成。425#水泥、矸石作骨料，5mm以下矸石作细料，5～16mm矸石作粗骨料。水泥与矸石按1：4配比，水灰比0.45，混凝土标号达到200#，最终喷碹厚度为150mm。锚固剂选择聚脂树酯锚固剂，选用快速和中速两种。锚索锚固剂直径为23mm，锚杆锚固剂为25mm。锚索或锚杆使用2个锚固药卷时，眼底用快速锚固剂，外侧使用中速锚固剂即可。
4 施工支护工艺
1）锚网喷支护。对巷道破坏段在全断面刷帮挑顶后，先进行初喷，喷厚30～50mm，再打安树脂锚固的螺纹钢锚杆和金属网。螺纹钢锚杆采用单向左旋无纵筋螺纹钢制作，锚杆规格（同前）520×1800mm。采用2卷型号为Z2950树脂药卷锚固（锚固力100kN以上）。锚杆间排距700×700mm，矩形排列。金属网（同前）可用10#铁丝编织成菱形网。用8mm钢板制作的半球形托盘（锚杆用200×200mm型托盘）和高强度螺母固定锚杆并压紧网子。2）内注浆锚杆的安装与支护。初喷和锚网支护后，布置端锚内注浆锚杆（间距1400×1400mm），为螺纹钢锚杆间排距的两倍，树脂端锚。注浆锚杆安好后进行喷浆，喷浆层盖严原螺纹锚杆和金属网，保证内注浆锚杆的孔口外露30～50 mm，最后利用内注浆锚杆进行注浆加固围岩，并安装锚杆托盘。注浆材料采用单一水泥浆，浆液水灰比为0.8～1.0，注浆压力1.5～2.0MPa。3）工艺质量要求。喷浆时要注意断面的成型并规整；打安螺纹钢锚杆要牢固可靠，达到规定锚固力；锚杆托板紧压金属网，并贴近岩帮，以产生足够支撑力，最好用机械方式紧固螺母；巷道底脚锚杆要比其它锚杆长200～400mm，为保证支护效果，底脚处要保证喷网层超过底板处100～200mm，与底板喷射混凝土层紧密结合，以避免底脚注浆时从底板处跑浆；注浆自上而下，由帮到顶；浆液配制必须按规定的水灰比，事前过滤，注浆后待浆液凝固达到一定强度时及时安装锚杆托盘。
5 总体效果评价
①锚、网、喷、注联合支护技术，因注浆可滞后于锚网喷，既不影正常使用，又可缩短工期，节省材料。②巷道帮、顶底板移近量小。其支护技术方法可行，工艺合理，效果显著。③松软破碎软岩，长期蠕变，注浆后从根本上改变了其应力结构，增加了内聚力和内摩擦角，提高了整体性和抗压强度，再加上高强度锚杆支护，使锚杆与注浆形成一体，互为保证，可有效阻止深部围岩进一步软化和支护结构的挤压错动作用，有利于保证长期稳定。④要采用合适的支护方案，必须根据围岩的各种物理力学性质、应力条件及巷道底鼓的程度，再加技术经济比较，以确定最佳支护方案。
6 结论
①提高巷道成形质量，关键是要减轻爆破时围岩的松动破坏，减少支护工作难度。缩短围岩暴露时间，爆破后要刷大断面，按光面爆破控制好周边轮廓及围岩松动范围，充分发挥围岩自身承载能力，改善支杆受力状态，提高支护效果。②因受围岩稳定的限制和采用中深孔爆破循环进度过大，极易产生片帮、抽冒顶问题，难以实施联合支护，钢筋网规格要满足循环作业，并及时锚喷支护。③锚喷网+钢筋梯+锚索支护技术具有较好的支护作用，又发展前景，并能实现施工安全，减轻工人劳动强度，且有显著的经济效益。
参考文献
[1]张明.锚网喷注联合支护技术在修复软岩巷道中的应用[J].矿山压力与顶板管理，2003，3：29-30.