浅谈综合支护在丰龙矿井的应用

廖四查

（丰龙矿业有限责任公司，江西丰城331131）

丰龙公司－800m水平710采区回风石门，在断层带或软岩中掘出的巷道时间不久就变形严重，断面急剧缩小，为有效控制巷道变形，改变原有的支护设计，改用了“金属网、U型钢拱支架、喷砼、注浆和锚索”综合支护，效果很好。

1 －800m水平710采区回风石门概况

1）工程地质

－800m水平710采区回风石门掘进中遇断层，断层带为小块茅口灰岩、含炭泥岩、泥岩的混合体，岩层产状混乱，节理裂隙发育，埋深为840m（地面标高＋40m），是较为典型的高应力膨胀型软岩巷道。－800m水平710采区回风石门所穿过的含炭泥岩中蒙脱石的含量达到30%左右。

2）巷道断面及支护

原设计支护形式为：采用“锚网喷＋U29组合钢支架＋锚索”联合支护。

2 巷道变形原因分析

目前巷道支护为U29型钢加钢筋网及背帮材料，然后喷射厚度为30～50mm的砼。从已掘成巷中看到，大约掘出一周左右，巷道帮顶喷层即开裂，巷道变形成Ω形状。而且变形呈现出逐渐加快的趋势。因此，现行的支护方案难以维护巷道的稳定。

由于该巷道埋深大，处于软弱含炭泥岩当中，给巷道维护带来了很大的困难。经现场调研和分析认为原支护方案存在以下问题：

1）－800m水平710采区回风石门所穿过的含炭泥岩中含高达30%的蒙脱石。由于蒙脱石的存在，围岩遇水后极易软化、泥化，并产生强烈膨胀变形，严重影响巷道的稳定。

2）软弱围岩段支护采用“锚网喷＋U29组合钢支架＋锚索”联合支护。由于U29组合钢支架和喷砼都属于刚性支护，当巷道产生大变形时，大部分应力都作用于支护结构上，当应力超过一定程度时，钢支架和喷砼变形严重并破坏，甚至使整个巷道失稳。

3）－800m水平710采区回风石门采用的“锚网＋锚索”联合支护，锚杆采用Φ20mm×2000mm，锚索采用Φ15.24mm×7000mm。从高应力的角度来考虑，此种支护形式的强度是不够的。

4）该支护方案未考虑围岩自承能力，既没有强调一次支护强度，又没有强调提高围岩整体性和强度，从而使巷道围岩在松动圈之内不能形成承载能力高、整体性好的“内、外承载结构”。

3 支护方案

针对－800m水平710采区回风石门围岩变形特点，对整个断面采用“金属网、U型钢拱支架、喷砼、注浆和锚索”的综合支护方式。初次支护为初喷、金属网、U29型钢拱形支架，二次支护为喷射砼、注浆、锚索和锁腿锚杆梁，三次强化支护为组合锚索支护（需要时采用）。

1）初喷、金属网参数

巷道开挖后应及时进行初次喷射砼，初喷层厚度为50 mm，砼强度不小于C20。全断面挂金属网和钢筋梯子梁，金属网钢筋为Ф6.5mm，网格100mm×100mm，每块为1000 mm×600mm；金属网搭接处必须有锚杆加钢筋梯子梁将其上紧并紧贴岩面，网间搭接长度不少于100mm（见图1）。

图1 U型钢联合支护（初次支护）

2）U型钢支架

采用U29型钢支架，排距600mm。

每一架U型钢支架在腰线以下位置采用搭接式卡缆进行锁腿，形成巷帮连续约束。

对U型钢支架进行锁腿，主要有以下两种作用：

（1）可起到部分类似架间拉杆作用，将支架沿走向连接起来，增强支架的整体性和走向稳定性。

（2）将棚腿固定到较稳定围岩内，从而使其生根牢固，增加其抗侧压的能力，可有效抑制巷帮内移。

3）喷射砼

待围岩变形一定时间（10～15d），或变形速度下降明显时喷射砼，砼厚150mm，砼强度C25。

4）注浆

注浆孔长度为5m，其中顶拱、帮部注浆孔的间排距为2400mm×2400mm，底板注浆孔的间排距为2200mm×2400mm。

5）锚索支护参数

两帮和拱顶的锚索采用Ф17.8mm，1×9的钢绞线制作，锚索长度8300mm，间、排距为1600mm×1200mm，底板锚索长度5000mm，间、排距为2000mm×1200mm。

底板锚索采用4.4m长的槽钢连接起来，将2根锚索形成一个整体。底角锚索与水平方向成45°角布置。

锚索端部锚固，锚固长度为2500mm。每根锚索使用5卷K2350型树脂锚固剂，预紧力不低于100kN。锚索垫板采用2块钢垫板叠加，其规格分别为350mm×350mm×10mm和150mm×150mm×10mm的正方形垫板，大垫板在上，小垫板在下（见图2）。

图2 断面锚索支护

6）组合锚索支护参数

拱顶的组合注浆锚索每组由3根Φ17.8mm×12000 mm的锚索编织而成，间排距为4800mm×4800mm，每排2根。底板的组合注浆锚索每组由3根Φ17.8mm×6000mm的锚索编织而成，间排距为3000mm×4800mm，每排2根。

组合注浆锚索分为锚固段、自由段和张拉段，整束锚索由钢绞线、导向帽、塑料套管、支撑架，排气管组合而成，锚索盘采用25号槽钢配合20mm钢板使用。注浆锚索进行张拉，预紧力不低于120kN。

4 支护效果

4.1 巷道表面位移观测

（1）观测目的：了解巷道顶底和两帮的相对变形量及断面的缩小程度，从而判断巷道围岩的稳定性。

（2）观测内容：顶底板、两帮相对移近量。

（3）测站设置：所有巷道均每隔20m布置1个测站，每个测站2个测面，在每个断面的顶、底板和两帮的中部各布置1个测点。

（4）观测方法：用测枪或测杆进行量测。

4.2 顶板离层监测

（1）观测目的：判断顶板锚固区内、外围岩的稳定性以及锚杆或锚索的支护参数合理性。

（2）观测内容：锚固区内、外顶板的离层值。

（3）测站设置：每隔50m在顶板中部安设一个离层指示仪。

（4）观测方法：直接读取数据。

测量结果数据表明，顶板最大下沉量为168mm，而底板鼓起量为170mm，两帮分别为160mm和160mm，支护效果很好（见图3）。

图3 施工效果

5 结语

软岩巷道围岩变形破坏是分阶段的，软岩巷道变形力学机制较为复杂，单一的支护形式难以适应巷道围岩的动态变形特征，因而应采取分步联合加固技术，使巷道围岩的变形破坏动态过程处于受控状态，采用巷道全断面支护，可避免巷道围岩局部产生应力集中和部分破坏，保证巷道及支护结构的整体稳定。