岩巷过断层破碎带支护形式优化在陈四楼煤矿的尝试

孟相勇 孙宏权 李业君

（1.河南煤业化工集团永煤公司 陈四楼煤矿，河南 永城 476600 2.河南煤业化工集团永煤公司生产部，河南 永城 476600）

陈四楼煤矿位于河南省永城市，是河南煤业化工集团永煤公司的第一对生产矿井，1997年正式投产。北部东翼行人下山是为该矿十四采区服务的行人、进风巷道，断面形式为直墙半圆拱，主要断面规格为3600mm×3300mm。该掘进工作面岩性为砂质泥岩及细粒砂岩。巷道设计支护形式采用锚网喷支护，锚杆间排距为800×800mm，顶部仍采用Φ20×2200mm的左旋螺纹钢高强锚杆，两帮采用Φ18×2200mm的左旋螺纹钢高强锚杆，未施工锚索。巷道掘进期间将揭露DNF41正断层，该断层走向为88°，倾角75°，落差10m。巷道过断层破碎带期间，巷道围岩松软破碎，层理倾角较大，裂隙发育，无淋水，岩石坚固性系数f值为4～6，存在顶板下沉或冒落的可能，不利于后期的行人安全，因此需对过断层破碎带区段巷道进行加固处理。

1 原设计支护方案及分析

1.1 原设计支护方案

巷道设计过断层破碎带期间采用29U型钢棚+大眼网+喷浆支护，架棚规格3600×3300mm，棚距700mm，每架棚子由1节顶梁及2节棚腿组成，搭接处使用三个卡缆固定牢固，每架棚布置8块连接板，紧固有效。全断面铺设金属网片，金属网由φ6mm钢筋焊接而成，规格 2000×1000mm，网目 100×100mm，搭接100mm，扎丝间距200mm，扎丝采用双股14#铁丝。喷射混凝土厚度以棚梁外露50mm为准，砼标号C20。

1.2 支护方案分析

1.2.1 架棚支护优劣分析

优点：架棚支护属被动支护，主要优点有承载力强，能有效抵抗软岩巷道中的围岩动压力，以保持巷道形状。

缺点：①U型钢棚由于是被动承载，在围岩产生一定量的变形后才能起到支撑作用，不能及时有效支护围岩，不安全因素多；②斜巷施工时，人员搬运U型钢棚困难，职工劳动强度大且存在不安全因素；③架设U型钢棚效率较低，影响工作面快速掘进，制约单进提高；④U型钢棚造价高，而且钢棚致使喷浆回弹率高，增加了巷道支护成本。

1.2.2 现场情况分析

结合已掘平行巷道北部东翼轨道下山过DNF41断层破碎带期间经验：巷道通过断层破碎带期间采用架设29U型钢棚支护，虽围岩较破碎、裂隙发育，但该区域过断层期间无淋水、岩石无膨胀性，后期架棚区段巷道变形量＜50mm，正常支护与架棚交界处变形量亦＜80mm。鉴于该区段岩石破碎但无膨胀性，巷道围岩变形量不大（架棚及前后区段围岩变形量均小于200mm），可以尝试在该区域进行锚网梁喷+锚索复合支护，改被动支护为主动支护，通过主动支护的组合拱作用使围岩组合成整体，从而有效控制围岩变形，并能提高单进、减少运输过程的不安全因素。

2 支护方案优化

在之前巷道支护经验的基础上，通过综合考虑及支护效果分析，确定最佳支护方案，即采用锚网梁喷+锚索联合支护。顶部仍采用Φ20×2200mm的左旋螺纹钢高强锚杆，两帮仍采用Φ 18×2200mm的左旋螺纹钢高强锚杆。锚杆间距不变，排距缩短为700mm，并在拱部架设梯子梁；锚索选用锚索Φ18.9×6500mm的钢绞线，间排距为1600×1600mm，每排在拱部布置3根（正顶一根，两肩窝各一根）。并在该支护方式区段设置顶底板、两帮位移观测点，方便后期位移量比较。巷道支护断面见附图。

附图 支护断面图

3 效果分析

3.1 支护效果

使用锚网梁喷+锚索联合支护未发现顶板下沉、两帮内缩、浆体开裂等表明支护强度不足或围岩动压显现的现象，经观测顶底板级两帮移近量均＜100mm，达到预期支护效果。

3.2 技术及经济效果分析

①改被动支护为主动支护，锚杆配合梯子梁将松散的围岩能组合成整体，改善了围岩的物理力学性能，从而形成可靠有效的组合拱结构，提高了支护的承载能力和稳定性；锚索支护是对锚杆的支护的补强，扩大了支护范围，有效增加了组合拱的厚度，分担了锚杆载荷，使围岩更趋稳定。

②降低了支护成本。锚网梁喷+锚索支护与架设U型钢棚+网喷支护相比（使用大眼网与喷浆部分相同，不作比较），见下表：

支护形式锚网梁喷+锚索架设29U型钢棚支护材料顶锚杆帮锚杆锚索梯子梁29U型钢棚单价（元/米）331 353 134 315 2000支护长度（米）30 30 30 30 30合计（元）33990 60000

由此可见，在使用锚网梁喷+锚索支护后，巷道支护材料费节省26010元，每米可节省材料费800余元，经济效益可观。

③和架设U型钢棚相比，锚网梁喷+喷浆支护大大减轻了工人的劳动强度，提高了工效，提高了单进。搬运及架设U型钢棚，极大增加了工人的劳动强度，同时存在不安全因素。与北部东翼轨道下山过DNF41断层破碎带期间（采用架棚支护）的工效比较：

序号1 2巷道名称北部东翼轨道下山北部东翼行人下山施工时间2009.5 2010.11支护形式架棚支护锚网喷+锚索支护当月进尺62m 105.5m当月该工作面施工人数52人49人总人工数1092 0.057 1029工效0.1

从表中可以看出，采用锚网梁喷+锚索支护比采用架棚支护工效提高接近1倍，同时进尺提高了70%。由于北部东翼轨道下山断面（4200×3600mm）比北部东翼行人下山断面（3600×3300mm）大，综合考虑后，可以得出，采用锚网梁喷+锚索支护比采用架棚支护工效能提高50%，单进能提高40%。

4 结论

通过实践应用可得出结论：通过北部东翼行人下山过断层破碎带期间使用锚网梁喷+锚索支护方式，发挥围岩自身承载能力，提高围岩稳定性，可有效控制巷道围岩变形,较之U型棚支护降低了巷道成本，减轻了工人的劳动强度，降低了安全风险；提高了工效和单进，具有明显的技术经济效益，有较好的推广价值。

[1]何满潮.软岩工程技术现状及展望[M]北京：煤炭工业出版社，1999

[2]康红普.高预应力强力支护系统及其在深部巷道中的应用[J].2007(12)