软岩巷道顶板支护技术实践

刘景河，赵术江，吕晓磊，李东发

(国网能源和丰煤电公司沙吉海煤矿，新疆和丰 834411)

软岩巷道顶板支护技术实践

刘景河，赵术江，吕晓磊，李东发

(国网能源和丰煤电公司沙吉海煤矿，新疆和丰 834411)

通过软岩巷道顶板支护方式的联合应用，总结了一套对于形成于中生代侏罗纪、成岩时间短、胶结差、具有松散膨胀复合型软岩的治理方法，此方法的使用既控制了巷道变形，又减少了巷修费用，很大程度上减少了安全隐患，取得了较好的经济效益，为同类围岩条件的巷道顶板支护提供了可借鉴的经验。

复合型;松软岩层;巷道支护;顶板控制技术

Practice of Roof Supporting in Soft Rock Roadway

国网能源和丰煤电有限公司沙吉海煤矿位于准葛尔盆地西北边缘，和什托洛盖含煤拗陷沉积盆地东段，库伦铁布克背斜的北翼，井田总体地势为北高南低，属低山丘陵地貌，标高800～1062m。井田煤系地层为中生界朱罗系西山窑组，各煤层的顶板岩石为砾岩、中粗砂岩、泥质粉砂岩、细砂岩、粉砂岩夹层、泥质粉砂岩、粉砂岩为泥质、粉砂质结构，薄层－中厚层状构造，常见有水平层理、缓波状层理，岩石极软。细砂岩、中砂岩、粗砂岩为粒状结构，块状构造，多为泥质充填，常见有平行、板状、楔状交错层理，岩石较软。各煤层的底板岩性为泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩。泥质粉砂岩为泥质粉砂状结构，薄层－中厚层状构造，层理、节理发育，多泥质充填，岩石极软。仅个别层位以中砂、细砂、粉砂岩为底板，属次软岩石。

1 概况

沙吉海煤矿轨道石门为550m水平开拓巷道，上距地面约278m，巷道全长565m，掘进断面25.4m2，净断面20.01m2。巷道为半圆拱形巷道，采用锚网索喷支护，螺纹钢锚杆规格φ18mm×2200mm，锚杆间排距为800mm×800mm，采用菱形金属网，锚索规格φ15.24mm×8000mm，锚索间排距1600mm×3200mm，喷厚150mm，强度C20。

轨道石门巷在掘进约70m时，后面巷道变形严重，具体表现为底鼓、两帮收敛、顶板下沉、喷浆皮爆皮涨裂严重。巷道断面尺寸缩小约40%～70%，轨道变形弯曲，不能通车，给正常施工带来极大的安全隐患。每隔半月就要重铺一次，给掘进任务的完成带来很大难度。后虽经2次重新修复并加大支护密度，锚杆间排距改为600mm×600mm，锚索间排距改为1600mm×2400mm，但支护效果改变不明显，巷道仍然变形严重。巷道自2011年8月份开始掘进，到2011年11月底只掘进100m，给矿井开拓任务和全年任务的完成造成很大影响。

2 巷道破坏原因分析

轨道石门所处地质条件复杂，轨道石门穿过的岩石大多为含水砂岩，且粗砂岩、中砂岩、细砂岩、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩互层，节理发育，胶结性差，岩石强度低，膨胀系数大，遇空气易风化，遇水后岩石膨胀迅速，巷道变形量大。

(1)巷道穿层掘进，各岩层之间层理节理发育，砂岩、泥岩遇水崩解、沙化，掘进过程中巷道漏顶片帮时有发生，造成施工困难。巷道成型差，围岩暴露时间长，风化变形严重。

(2)巷道底鼓快，造成水沟被破坏，工作面的水不能及时流出。同时巷道变形后，水沟产生裂隙和变形，水流不畅，通过裂隙进入底板岩石，引起底板岩石膨胀，加剧了底板变形。

(3)巷道围岩膨胀、软化，打设的锚杆孔、锚索孔容易塌孔，不易安设，经常出现重新打孔现象，支护时间长，支护效果差，施工速度慢，巷道围岩暴露时间长，也增加了巷道变形量。

3 支护方案设计

针对以上情况，召开顶板管理专家论证会，同时结合现场地质条件，制订了新的支护方案，即在原锚网索支护的基础上，再支设U型棚，然后进行喷浆，即采用锚网索+U型棚+喷浆联合支护方式，同时做反底拱浇灌混凝土进行底板加固。

(1)25U型支架 U型架由3部分组成，为两帮及拱部段组成。棚距700mm，左棚腿长度为4530mm，右棚腿长度为4780mm，棚头长度为4950mm，棚腿与棚头搭接长度为400mm，采用钢制卡兰连接，棚与棚之间用6道八号槽钢连接，即棚头、棚腿各2道，如图1，图2，图3所示。

图1 巷道支护断面

图2 A点放大

图3 刚性连接示意

(2)锚杆 使用φ22mm×2700mm恒阻大变型等强度螺纹锚杆，锚杆间排距为700mm×700mm;药卷使用2支 CKA2370，锚杆锚固力不低于23.5MPa，外露长度为30～50mm。破碎带锚杆间排距缩小为600mm×600mm。

(3)锚索 采用直径为15.24mm的低松弛预应力钢绞线截制而成，锚索支护沿巷道掘进方向横向布置，锚索长度为8000mm，间排距为1600mm×3200mm，断层破碎带锚索间排距1600mm×2400mm。每组共8根锚索，每根锚索均采用树脂药卷 3支，依次装入超快 (CK2370)、快(K2370)、中 (Z2370)3种药卷，采用 φ250mm圆托盘，钢板厚度为8mm。锚索外露长度为150～350mm，锚索要够一排打一排。

(4)金属网 采用直径不小于3.5mm的镀锌铁丝制作经纬网，起拱线上部铺网的规格为长×宽=2000mm×800mm，网格为长×宽=60mm×40mm，两帮使用网的规格为长×宽=2000mm×800mm，金属网要对接，相邻两块网之间要用12号镀锌铁丝联接，连接点要均匀布置，间距100mm。围岩松软及破碎处要扣扣相连;钢筋带采用不低于φ10mm的圆钢加工而成，长度为2400mm及2000mm两种。

(5)喷浆 混凝土配比为水泥∶砂子∶石子=1∶2∶2(体积比)，水灰比0.45，水泥采用标号为P.O 32.5普通硅酸盐水泥，砂子为含水率4%～6%的河砂，石子规格为5～10mm，85号速凝剂掺量占水泥重量的3% ～5%(有淋水时，85号速凝剂掺量占水泥重量的6% ～10%)，拌料要严格按配比进行，要搅拌均匀，严格工程质量管理。

(6)反底拱加固底板 施工反底拱时，毛底板为弧形，巷道中间垂距为850mm，反底拱内加14号槽钢加工的拱形支架，拱形支架的长度为4950mm。拱形支架安装时，必须与顶板U型支架逐个相对应，跟U型支架焊接成一体，确保支架有效、可靠。

4 施工工艺

采用炮掘工艺施工，为减少围岩暴露时间，缩短循环时间，采取短掘短支、快掘快支的方法施工，同时采用浅打眼 (炮眼眼深不超过1.0m)密打眼的爆破方法，循环进尺0.8m。

工艺过程:放炮成型→临时支护→打设锚杆→铺设金属网→挂设钢筋带→紧固锚杆→初喷→架棚(打锚索)→复喷成巷→加固底板。

为防止围岩风化，放炮后，及时敲帮问顶，刷帮成型后，打锚杆挂网，然后进行初喷，将围岩封闭，初喷厚度为30～50mm，再架U型棚，架棚后再复喷，将U型棚喷平盖严。初喷为一掘一喷，架棚距迎头不大于3m，复喷距离不大于5m，喷射工作结束后，要进行洒水养护，7d以内每班洒水1次，7d以后，每天洒水1次，持续养护28d。

(1)巷道成型 炮眼打设要严格按作业规程操作，采用密打眼少装药的方法放炮，周边眼间距不超过0.3m，掌握好炮眼角度，周边眼底不得超过巷道轮廓线，爆破后及时人工刷帮刷顶，将巷道周边刷齐顺直，进行打锚杆挂网等工作。

(2)打锚杆挂网 按照作业规程的规定，从上向下依次打设锚杆、挂网。锚固力不得小于110kN。凡是锚固力达不到要求的，必须重新打设锚杆，保证锚杆支护合格有效。金属网要对接，网子要紧贴岩面，钢筋带要压紧网片，钢筋带布置要尽量与巷道的走向方向垂直 (横向布置)，锚杆托盘要压紧钢筋带。

(3)初喷 打锚杆挂网等工作完成后要及时初喷，初喷厚度为30～50mm。初喷前要将金属网内片帮漏顶的矸石清理干净再喷浆，初喷要达到全部封闭围岩的目的，不得有漏喷或不喷现象，两帮基础深度不低于100mm，严禁“赤脚穿裙”现象。

(4)锚索打设 锚索布置形式为在拱部中线两侧偏中线800m开始打设，其他按规定的间距均匀打设。在巷道两帮距底板0.2m处与底板夹角为45°向下打设4800mm长的锚索，所有锚索必须垂直岩面打设，锚索支护时，采用圆托盘，规格为φ250mm，锚索外露长度为150～350mm。锚索安装后，锚索锚固力不得低于110kN，锚索滞后迎头不得超过一个锚索排距。

(5)架棚 以上支护完成后，架设U型棚。工序过程为:首先按中腰线，顺直顺平巷道，再架设棚子，架棚时先栽棚腿，并用拉杆连接牢固，再上棚头，最后进行复喷。棚头棚腿各用2道卡缆连接，卡缆螺丝要拧紧上牢。棚子要紧贴岩面，空帮空顶处要用背板接顶背实，棚腿要有一定的基础，其基础深度为:水沟侧500mm，另一侧100mm。

(6)复喷 当架棚完毕，锚索打设完成后即可进行复喷成巷。复喷前，将初喷面洒水淋湿后再进行复喷。复喷到彻底将棚子喷平盖严为止，即复喷厚度不小于150mm。复喷时要拉线喷浆，做到墙直拱圆。复喷成巷后要严格按作业规程的规定，进行洒水养护。

(7)底板加固 巷道支护完成后，再对底板支护，底板支护拖后工作面不大于20m。

先按设计尺寸将底板挖掘成形，然后将拱形支架放到底板上，支架下要用厚度为100mm的水泥石块垫住，以确保浇筑后拱形支架下有100mm的保护层，严禁将支架直接放到底板上。然后将拱形支架与两帮的棚腿焊接在一起，最后浇筑混凝土。

底板浇筑时，巷道两侧厚度100mm，中间厚度850mm。浇灌混凝土比例为灰 ∶石子 ∶沙子=1∶2∶2，浇筑底板时要振捣密实，浇筑后底板要平整。浇筑底板的同时，在人行道侧将水沟按照规定的标准尺寸挖设、浇灌，水沟浇灌后断面为S净宽×S净深为300mm×300mm，确保水沟顺直、畅通。

5 软岩巷道支护效果分析

自2011年12月软岩支护设计方案实施以来，轨道石门施工基本正常，巷道变形得到控制。从目前巷道情况看，除轨道石门有一处鼓帮 (长度为8m)外，巷道稳定，没有出现大面积的底鼓和鼓帮现象，工程返工现象得到了遏制，工程质量有了明显的改观，工作效率大大提高，每月进尺保持在50m左右，为采区接续打下了良好的基础。同时，这种支护方式的成功使用，给同类地质条件的巷道施工提供了可以借鉴的经验。

从施工工艺及采取的措施来看，联合支护方式的一次支护，初喷封闭围岩，防止了漏顶片帮，确保了巷道成型，从源头上大大降低了顶板隐患，确保了施工安全，二次支护是对巷道支护的加固，从根本上解决了巷道变形、底鼓现象。

从效益方面分析，虽说巷道直接成本增加了，但从巷道修复方面看，还是大大降低了投资，减少了总成本，同时，工作效率的提高，也大大降低了工资成本，减轻了工人的劳动强度。权衡该方案是切实可行的，设计是合理的，经济效益是明显的，缓解了生产接续紧张的压力。

6 结论

(1)此种联合支护方式，是针对具体的地质条件而采取的特殊支护方式，支护工艺复杂，质量标准要求高，施工中必须把好每一个关口，各项指标必须达到措施要求。锚杆和锚索的打设，棚子的架设，喷浆质量的好坏，都直接影响整体支护效果，这就要求在施工过程中必须把好工程质量关，否则就会大大降低支护效果，造成不必要的麻烦。

(2)对于地质条件复杂的软岩地段，必须采取短掘短砌的方法施工，尽量防止围岩松动。同时还应防止煤层底板底鼓现象的发生，注意加强排水，保持水沟畅通无阻。在片帮漏顶地段，更应及时打设锚杆进行初喷，必要时，要挂多层金属网喷浆造型，保持巷道的成型和可靠的支护。

TD214

B

1006-6225(2012)03-0063-03

2012－04－29

刘景河 (1967－)，男，山东东平人，采矿工程师，国网能源和丰煤电有限公司沙吉海煤矿副矿长兼总工程师。

［责任编辑王兴库］

综 述