梅花井矿232206工作面辅助运输巷条带砌碹支护研究

孟永华　李立波　史春　黄辉　黄海鹏

摘 要：目前，梅花井232206辅助运输巷采用锚网索喷支护方式，在地质构造、围岩淋水等因素影响下，存在巷道围岩变形量过大、后续修整维护工作量繁重等问题。为实现围岩有效控制，本研究将条带砌碹支护技术应用到巷道围岩控制中，并通过理论计算方法确定砌碹厚度为200 mm。同时，依据巷道实际地质条件，对锚杆支护段以及砌碹支护段支护参数进行设计。现场应用后，巷道围岩变形量控制在12 mm以内，取得较好的围岩控制效果。

关键词：巷道掘进;支护设计;条带砌碹支护;围岩控制

中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）15-0059-03

Abstract： At present， the auxiliary transportation lane of Meihuajing 232206 uses anchor-net-cable-spray support method， under the influence of factors such as geological structure and surrounding rock， there are problems such as excessive deformation of the surrounding rock of the roadway and heavy follow-up repair and maintenance work. In order to achieve effective control of the surrounding rock， the strip-masonry support technology is applied to the control of the surrounding rock of the roadway， and the thickness of the building-masonry is determined to be 200 mm through theoretical calculation methods in this study. At the same time， according to the actual geological conditions of the roadway， the support parameters of the bolt support section and the masonry support section are designed. After the field application， the deformation of the surrounding rock of the roadway is controlled within 12 mm， and a good control effect of the surrounding rock is achieved.

Keywords： roadway excavation;support design;strip-masonry support;surrounding rock control

232206工作面輔助运输巷设计长度为3 146.7 m，目前正在进行掘进。232206工作面辅助运输巷沿着22煤层底板掘进，22煤层厚度介于3.09～5.05 m，煤层结构简单。232206工作面辅助运输巷南侧存在DF1正断层，巷道顶板有直罗组粗砂岩含水层，岩性以中、粗粒砂岩为主;底板为粗砂岩，泥质胶结、颗粒支撑，富水性较强。巷道现剩余750 m，断面为直墙半圆拱形，掘进断面积为21.33 m2，净断面积为19.79 m2。

1 工程围岩支护现状

现阶段，梅花井232206辅助运输巷采用锚网索喷支护方式，锚杆为[Φ]20 mm×2 500 mm螺纹钢，拱部间排距为1 100 mm×900 mm，巷帮间排距分别为800 mm×1800 mm、600 mm×1800 mm;拱部用[Φ]21.8 mm×6 150 mm锚索，排距为900 mm，全断面铺设金属网。

2 辅助运输巷现有支护分析

采用锚网索喷支护时，梅花井232206工作面辅助运输巷发生巷道形变量大、难支护的现象。结合232206工作面辅助运输巷地质资料及现场掘进情况，下面分析具体原因。

2.1 构造应力影响

232206工作面辅助运输巷南侧有同巷道走向一致的DF1正断层，受断层影响，工作面掘进过程中局部范围内煤岩层裂隙发育明显。同时，巷道受背斜、向斜影响，煤岩层裂隙发育。巷道周边围岩构造应力集中明显，从而导致围岩变形量增加。

2.2 围岩裂隙发育且顶板含水

工作面沿掘进方向距顶板含水层的间距为0.00～11.29 m，且大部分范围内煤层距含水层的间距小于5 m，掘进期间，顶板淋水情况明显。巷道顶板淋水弱化了不稳定的底板岩体，并在地应力的作用下加剧了巷道的底鼓现象发生[1]。

2.3 支护形式及参数不适合此种地层条件

辅助运输巷采用锚、网、索和钢带联合支护。锚索过长会沟通上覆含水层，增加巷道淋水，同时会软化围岩;锚索过短则会降低围岩支护强度，在受断层及背斜、向斜地质构造应力的影响下，不足以承受巷道所受应力，造成巷道过大变形[2-3]。

梅花井232206工作面辅助运输巷掘进过程中采用锚网索喷支护，巷道形变量大，掘进进度慢，巷道返修量大。考虑到232206辅助运输巷为回采巷道，服务年限短，现方案设计采用锚杆条带砌碹支护。

3 柔模混凝土条带砌碹支护设计

现阶段，矿井常用的砌碹支护方式包括有条带砌碹、连续砌碹等，其具体示意图如图1所示。条带砌碹不连续，可减少砌碹支护量和支护成本。条带砌碹常用于服务年限短的松软围岩巷道;连续砌碹则多用于服务年限长的松软巷道。

3.1 混凝土碹体支护厚度计算

根据巷道所处的地质条件、深度和结构特征等因素，依据厚壁筒理论及《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004），计算支护厚度[4-6]。垂直均布压力可通过式（1）进行计算。

将相关参数值带入式（2），经计算，得到[h]=127 mm。为确保安全，柔模条带碹体厚度设为200 mm。

3.2 锚杆支护段及条带砌碹支护参数

232206工作面辅助运输巷锚杆支护段（普通段）與砌碹支护段交替布置，其中，锚杆支护段、砌碹支护段宽度分别为800 mm和1 600 mm。具体交替支护示意图如图2所示。

3.2.1 锚杆支护段支护参数。锚杆支护方面，巷道拱部、帮部使用[Φ]20 mm×2 500 mm的螺纹钢锚杆，间排距为800 mm×800 mm，巷道断面每排布置11根锚杆，两帮底脚锚杆与巷道岩面成15°角打设。巷道岩面铺设[Φ]6.5 mm圆钢焊接而成的钢筋网，网片宽度为800 mm，网孔规格为150 mm×150 mm。具体支护设计如图3所示。图中，数据单位均为毫米（mm）。

3.2.2 砌碹支护参数。锚杆支护使用[Φ]20 mm×2 800 mm的螺纹钢锚杆，间排距为800 mm×800 mm，杆体伸入围岩2 500 mm，杆体外露300 mm。碹体泵注C30混凝土，碹体厚度为200 mm。巷道岩面铺设[Φ]6.5 mm圆钢焊接而成的钢筋网，网片宽度为800 mm，网孔规格为150 mm×150 mm。具体支护设计如图4所示。图中，数据单位均为毫米（mm）。

3.3 砌碹支护施工

混凝土砌碹支护施工的具体流程为：巷道开挖→顶部锚杆施工→巷帮锚杆施工→安装第一个托板→架设柔模→挂金属网→安装第二个托板→混凝土泵注→成巷。砌碹支护过程涉及的材料类型及作用如表1所示。

4 应用效果分析

4.1 围岩变形监测分析

在巷道内布置测点，并通过GYW300（YHW300）围岩移动传感器监测围岩变形。监测发现，条带砌碹支护段巷道锚杆和锚索受力均匀，围岩变形量最大为12 mm，围岩变形量处在允许范围内。232206工作面辅助运输巷采用条带砌碹支护，可满足巷道使用需要。

4.2 经济效益分析

232206工作面辅助运输巷剩余掘进长度为750 m，按普通锚网索段与锚碹段间隔800 mm交替支护，普通锚网索段为250 m，砌碹段为500 m。经计算，工作面辅助运输巷剩余段巷道采用条带碹支护的综合成本为345.81万元。

梅花井232206工作面辅助运输巷若采用锚网索喷支护巷道，则存在巷道变形量大、巷道需要返修问题。据了解，巷道掘进费用为5 232元/m，巷道返修费用为3 000元/m，则每米掘进成本为8 232元/m，按巷道长度750 m计算，巷道综合成本为617.4万元。

综上，梅花井232206工作面辅助运输巷采用条带碹支护，可节约巷道支护成本271.59万元。

5 结论

232206工作面辅助运输巷目前采用锚网索喷支护方式，在构造应力、围岩破碎及淋水、支护参数设计不合理等因素作用下，围岩变形量较大，支护体系不能满足巷道使用需要。根据巷道服役时间和围岩控制需要，本研究提出使用条带砌碹支护方式控制围岩变形。根据巷道所处的地质条件、深度和结构特征等因素，采用理论计算方法确定砌碹厚度，确定砌碹厚度为200 mm;根据巷道条件，对锚杆支护段、砌碹支护段围岩支护参数进行设计。现场应用后，条带砌碹段巷道围岩变形量可以控制在12 mm以内，围岩变形量整体较小，后续基本不需要进行修整。

参考文献：

[1]赵正军.煤矿软岩巷道掘进支护技术探讨[J].当代化工研究，2021（8）：13-14.

[2]靳冬冬.软岩巷道采掘安全管理技术研究[J].中国矿山工程，2021（2）：66-68.

[3]康红普.煤矿巷道支护与加固材料的发展及展望[J].煤炭科学技术，2021（4）：1-11.

[4]赵宗剑.巷道过断层及围岩破碎带支护设计研究[J].中国矿山工程，2020（6）：67-70.

[5]唐长路.砌碹巷道壁后注浆加固研究与应用[J].山东煤炭科技，2020（6）：24-25.

[6]吴海峰.锚碹支护技术在薄顶板巷道支护中应用研究[D].西安：西安科技大学，2012：18-19.