锚网索、喷技术在大断面硐室施工中的应用

苏 永

中煤第一建设有限公司第十工程处，河北邯郸 056300

引言

出煤主皮带是矿井生产的大动脉，对于生产矿井而言，机头硐室是安设皮带运输机机头、支撑地压、长期为井下生产服务的井下建筑物，其施工质量及工期尤为重要，施工支护设计贯穿施工的全过程，对工程质量及工期，起着决定性作用，因此，支护方式的选择，决定了施工质量及速度。

1 工程简介

1.1 工程概况

华晋焦煤公司沙曲矿，随着北翼胶带大巷的开拓延伸及北翼各采煤工作面的布置，在北翼胶带大巷原已安装了一部皮带机，因生产需要，矿方临时安设了一部小皮带与前部皮带机接力运输，随采煤工作面增加，现已无法满足生产需求，急需在北翼胶带大巷内一部皮带机以北70m处，安装二部皮带机，与一部皮带机接力运输，由于原北翼胶带大巷的开拓延伸时，二部皮带机机头硐室位置尚未确定，现急需开掘二部皮带机机头硐室。

1.2 机头硐室设计

根据甲方要求：该机头硐室按第一部皮带机机头硐室设计施工，机头主体硐室南北长15m，宽5.0m，高5.8m；东西驱动硐室长14.6m，宽6.0m，高6.0m，设计锚杆、砌筑砼支护，浇注C30砼500mm厚封闭全断面，要求工期1个月完工；同时，要求我项目部可根据实际情况，本着施工快、保证工程质量调整支护设计方案。

该机头硐室施工位置为U29支架支护巷道，高3.6m，宽4m，需对原U29支架支护的北胶大巷进行挑顶扩帮；此处原支护的U29支架受地应力影响，已发生变形；巷道顶部为4#煤层，挑顶后该硐室拱部处于4#煤层中，4#煤层全厚4.0m，硐室顶板上余有1.5m厚的煤层，4#煤层较为松软，4#煤层老顶岩石为泥质砂岩，层厚约1.0m，亦较为破碎。

1.3 设计更改

该硐室顶板处于煤层中，浇注C30砼，除打锚杆初期支护外，需要立模、浇注、拆模等工序会影响工期，浇注C30砼不能及时对硐室顶板进行永久支护，施工时存在安全隐患，且分区及各工序平行作业时间少，也会影响工期；硐室顶板为复合型顶板，锚杆大多锚固在煤层中，影响巷道的整体支护效果；该处原支架发生变形，存在一定的巷道压力，浇注C30砼后，硐室也会出现开裂变形现象；再就是临时皮带已安装，浇注C30砼运料困难；鉴于以上原因，改原设计锚杆、砌筑砼为锚网索喷、U36可缩性支架联合支护。

经施工及观测，该支护效果较好，该硐室至今未发现开裂及变形现象，支护工艺方案完全可行。

2 施工工艺参数

硐室施工采用锚网索喷、U36可缩性支架联合支护。

2.1 锚杆

采用左旋螺纹钢树脂锚杆，规格为Φ20×2400mm，间排距800×800mm，矩形布置。

2.2 锚索

采用规格为Φ 1 5.2 4×6 3 0 0 m m钢绞线，锚深6 0 0 0 m m，间排距为1600×1600mm，每排3根，矩形布置。锚索锚入硐室顶板上坚硬的岩层中。

2.3 金属网

采用规格为Φ6.5×1700×900mm钢筋网片，网格100×100mm，点焊加工而成，搭接长度100mm，每200mm用双股14#铅丝连接一道。煤层中加挂钢筋网片。

2.4 喷射砼

强度等级为C20砼，采用32.5Mpa普通硅酸盐水泥、中粗河沙、Φ5-10mm石子，砼配比为水泥：沙：石子=1：2：2（体积比），水灰比0.4～0.5，速凝剂在喷浆上料时掺入，掺入量为水泥重量的3%～5%。喷C20砼300mm厚封闭全断面。

2.5 支架

采用U36型钢可缩性支架，间距为600mm（中至中），梁腿搭接400mm，卡缆间距280mm（中至中），卡缆螺栓扭矩不少于196N·m，两棚腿各打一根Φ20×2400mm锁腿锚杆固定。

3 施工工艺、方法

3.1 采用短掘短支的方法施工，炮眼深度不超过1.0m，爆落矸石，采用人工站在有支护的安全地点，将矸石翻至已安设的小皮带上运出。

炮后利用液压点柱及初喷C20砼70mm～100mm厚，作为临时支护，初喷前，先用风镐、手镐将巷道刷至设计尺寸，初喷30分钟后，挂网打锚杆（索），最后，架设U36支架，复喷C20砼累厚300mm成巷。

3.2 打拱部锚杆（索）

放炮后，人员站在有支护的安全地点，由外向里、由中向两侧，采用MQT—85C系列1360/3630型锚杆机、Φ19mm中空六角钢钎杆、Φ28mm合金刚钻头打注顶部锚杆（索），锚杆眼深2350mm，锚索眼深6000mm；钻完眼后，用锚杆机安装顶部锚杆，每眼装入CK2355锚固剂2卷，首先用锚杆机把锚杆顶至外露长度为500mm～600mm时，再边顶边搅拌，由慢到快连续搅拌20～30秒，使锚杆托盘紧密贴紧岩面后，停止搅拌30秒后，待锚固剂凝固后，用力距扳手紧固螺母，达到扭矩力100N·m；锚杆外露在30mm～50mm；锚固力为60KN。

锚索够一个排距后，用锚杆机打、注锚索，钻完眼后，用锚索将锚固剂送入眼内，每眼装入CK2355锚固剂3卷，配专用锚索注锚器将钢绞线与锚杆机对接，用锚索钻机将锚索顶至外露长1500mm～1800mm时，开机搅拌，先慢后快，全速搅拌45秒，停止搅拌1分钟后，收缩锚杆机，卸下锚索注锚器，上锚索托盘、锁具，用锚索张拉器进行张拉预紧，达到预紧力80KN，最终锚固力要求在20KN以上；锚索外露长度应控制在250mm～300mm；锚索打在两排锚杆中间位置。

3.3 打帮锚杆

采用7655型风钻、Φ22mm中空六角钢钻杆、Φ28mm“一”字型合金钢钻头配合ZMS60型风动钻机打注帮锚杆，锚杆眼深2350mm；安装锚杆前必须将眼内煤岩粉用压风扫眼器吹干净，每眼装入K2355锚固剂2卷，采用ZMS60型风动钻机安装帮锚杆。

3.4 喷浆

采用PZ—5B型喷浆机进行喷浆，将喷浆机安设在北轨大巷与302措施巷岔口处，经302措施巷向工作面输料喷浆，炮后及时初喷C20砼70mm～100mm厚，封闭巷道围岩。成巷前，由验收员按设计断面尺寸拉中腰线，检查未成巷段顶帮尺寸及底角深度是否符合设计要求，不符合的必须处理，符合后，用铅丝定出巷道轮廓线（拱部不少于3根，墙部不少于2根），用高压水（风）冲洗岩面。

喷浆时，由外向里划段进行，喷枪口距受喷面保持在0.8m～1.2m之间，喷头与受喷面尽量保持垂直，最小夹角不小于70°。由下向上先基础，再墙部，后拱肩、顶进行喷射，喷头按直径200mm呈螺旋式运行，一圈压半圈地均匀缓慢移动，如遇凹处应先填平后再正常喷射，一次喷厚不超过100mm，一次喷不够厚度的部位，间隔喷浆时间不超过2小时，以增强喷浆层的粘结性，使喷层成为一个整体。成巷后要求巷道墙直拱圆，表面平整度不大于50mm，且平、直、光滑，锚杆无外露。开机顺序：开风—开水—开喷浆机—调整风压、水压—上料—喷浆；停机顺序：停料—停喷浆机—关水—停风。

3.5 施工时，采用分台阶、分段施工法施工，每4m～5m一段，每段施工先施工硐室拱部，拱部施工完后，再施工两帮，随两帮掘进锚喷，随由外向里逐架拆除原巷道支架，架设U36支架，架设支架后，每8m～10m复喷成巷，喷浆累厚300mm，依此重复向前施工，形成下一段的拱部施工与前一段下部施工、成巷平行作业，减少施工用时。

3.6 施工时，搭设双层工作台，第一层工作台间作保护皮带用，先施工主体硐室部分，由南向北逐段进行挑顶扩帮，开始挑顶扩帮5m内时，拆除原巷道支架，由南向北按22°角进行挑顶，采用锚网索、喷支护，喷C20砼累厚300mm封闭全断面，拱部锚索配16#槽钢连锁加固，使该段巷道拱部高度由原3.6m升至硐室位置的高度5.8m，形成喇叭口形状。

喇叭口处施工完毕后，在每段挑顶扩帮施工时，不拆除原巷道支架，利用原巷道支架作为施工硐室拱部的工作台；挑顶扩帮施工至东西驱动硐室“十”岔口处时，在“十”岔口处挑顶后，不拆除原巷道U29支架，作为施工东西驱动硐室拱部的工作台，并将该处的U29支架棚腿、梁，利用10#槽钢连锁加固，防止歪倒。

南北主体硐室施工后，按锚网索、喷支护可同时施工东西两侧硐室的拱部，拱部施工完后，再施工每侧硐室下部，下部随掘随架设U36支架，最后，喷浆累300mm厚封闭全断面。

3.7 “十”岔口加固：

该“十”岔口宽5m、长6m，采用锚网索、喷支护，考虑“十”岔口面积较大，采用Φ15.24×6300mm锚索与长3.5m的16#槽钢梁连锁进行加固，锚索间排距为1600×1600mm，16#槽钢间距1600mm，共4排，8架16#槽钢梁，最后喷C20砼累厚300mm封闭。

4 施工组织

4.1 硐室施工时，有一个掘进队进行，实行“三八”作业制，按工期要求合理安排工作量，每班配验收员一名，监督检查工程施工质量，严把质量关，严格按作业循环施工；另外执行队干跟班制度，每班有队干跟班现场指导施工，检查处理施工安全隐患。

4.2 激励机制

为确保安全、质量、进度等各项指标的完成，队制定了对班组综合考评办法，确定了各班奖金基数，对以上指标的完成，实行了重奖、重罚，极大地推进了职工的积极性，对提前安全、保质保量地完成该硐室施工，起到了不可估量的效果。

4.3 质量要求及保证措施

（1）严格按爆破设计打眼、装药、放炮，及时调整爆破参数达到光爆要求。

（2）打眼前首先要由验收员按中线画出巷道轮廓线，点好眼位，安眼位打眼，钻孔平行巷道轴线，要求打出的眼平、直、齐。

（3）按设计的断面尺寸掘进，不准欠挖，局部超挖不大于200mm。

（4）按设计要求打锚杆，打锚杆挂网以前，必须先拉中、腰线检查巷道毛巷尺寸，符合要求后，由验收员点好眼位，按眼位打眼。

（5）注锚杆前，首先检查锚杆眼的方向、位置、深度是否符合设计要求，待装药卷是否硬化、过期、损坏等，不符合的严禁使用。锚杆孔内的煤岩粉必须用压风扫眼器吹洗干净。

（6）锚杆托盘必须紧贴岩面，不得松动，接触面达到80%以上，不得出现点、线接触；对不接顶帮的锚杆，要重新补打锚杆。

（7）锚杆孔深不小于杆体有效长度，且不大于杆体有效长度30mm，锚杆端部必须推至眼底，尾部外露长度不大于50mm，

（8）锚杆孔轴向偏差不大于5°，锚杆眼方向应与岩层层面、裂隙面成较大角度布置，一般不小于75°，当岩层层面、裂隙面不明显时与巷道轮廓垂直布置。

（9）锚杆尾部螺母必须用力矩板手拧紧，螺母拧紧力矩必须符合设计要求，锚杆均使用一个加厚螺母，锚杆螺母预扭矩不得低于100N·m。

（10）严格按砼配合比进行拌料，且搅拌均匀，控制好速凝剂的用量。

（11）喷浆前，挖两帮基础达到设计深度，用压风水冲洗受喷面。

（12）喷浆时，水灰比要适当，严禁有干疤、流淌现象。

（13）复喷成巷时，按中、腰线用铅丝定出巷道轮廓线，复喷后要求巷道墙直拱圆，表面平整度不大于50mm，且平、直、光滑，锚杆无外露。

（14）喷浆时，工作风压不得低于0.4兆帕。

（15）喷层每班洒水养护1次，连续养护时间不少于7天，7天后，每天洒水养护1次，持续养护28天。

（16）架棚后，由验收员对以下项目进行检查，不合格的应进行处理：梁和棚腿接口处是否严密吻合，不吻合时，应调整两腿倾斜度和方向，严禁有张口、错位现象，保证搭接长度；梁和腿接口处及棚腿两端至中线的距离，两帮是否整齐；支架有无歪扭、迈步、前倾后仰现象，应垂直于巷道顶底板架设；支架帮顶是否按规定用C20砼充填密实、接顶接帮；支架构件是否齐全，必须按规定位置、数量上齐上全，拉钩一致；对因超挖、冒落、片帮超过500mm以上部位，用C20砼充填接顶接帮，严禁空顶空帮。

（17）掘进时，严格控制炮眼角度及装药量，工作面后第一、二架棚要使用好防倒撑木、拉杆设施及固定棚腿锚杆，防止蹦倒、崩歪支架。

（18）柱窝深200mm，局部不少于170mm，柱窝必须坐到实底上，严禁将棚腿架设在浮矸上。

5 施工效果

通过采取改变支护设计，根据地质及实际情况，灵活运用了软岩支护原理，利用锚索与锚杆耦合支护作用，增强对巷道围岩的悬吊力，利用喷砼、U36可缩性支架支撑，形成了一个整体卸压均匀的软支护；在硐室煤层中加挂钢筋网片，增强了喷浆体与煤层粘结整体性。

利用锚网索、喷支护，能够分段施工，保证了施工下部时人员的安全，硐室下部与上部施工及架棚、喷浆成巷，均可平行作业，减少了施工用时，提高了施工速度，取得了良好的施工效果，主要体现在以下几个方面：

（1）安全方面：实现了无重伤以上事故的目标。

（2）质量方面：硐室的多个分项工程被甲方评定为优良工程，自2007年1月底竣工后至今未发生任何开裂、变形等现象。

（3）进度方面：该硐室自2007年1月1日至1月29日竣工，由于采用锚网索、喷支护，能实现平行作业，缩短了施工时间，提前2天完成该硐室施工。

（4）效益方面：仅用了不到一个月的时间，就完成了造价180万该硐室工程，取得了良好的经济效益，保证了矿方利用春节放假期间浇注驱动基础及节后安设二部皮带的正常生产计划的实施。

6 结语

（1）采用短掘短支，炮眼深1.0m，增加了施工工序，可考虑中深孔爆破技术，增加作业循环进度，同时，加长分段施工的掘进段，进一步提高施工速度。

（2）考虑人工翻矸体力消耗大，可采用耙煤机、小型耙斗机等机械出矸，提高人工效率，减轻劳动强度。

（3）锚杆长度2.4m，巷道拱部锚杆大多锚在煤层中，从长远支护效果上看，可采用长3m锚杆，锚入煤层顶板岩层中，增强锚固力。

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