钢筋网架锚喷支护技术的研究与应用
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摘要：袁庄煤矿作为一个已经开采50多年的老矿来讲，庞大的巷修工程量一直是困扰着煤矿人的一个难题。钢筋网架锚喷支护采用主、被动相结合的支护形式，能有效地控制围岩的变形，合理分解围岩应力，使支护效果达到最佳。可大大减少巷修工程量，延长巷修周期，有效地缓解了巷修成本投入过高、占用人力资源过多、巷修安全风险过大等一系列问题。
Abstract： Yuanzhuang Coal Mine is an old mine for more than 50 years， a huge amount of roadway repair project has been a problem for coal mine workers. The supporting form of the combination of the main and the passive is used in the reinforcement of the steel truss anchor and shotcrete support. It can effectively control the deformation of surrounding rock， reasonably decompose the stress of surrounding rock and make the supporting effect better. It also can greatly reduce the amount of roadway maintenance， extend the repair cycle of roadway maintenance， effectively ease the high cost of roadway repair， the large number of manpower， high risks of roadway maintenance repair security and other problems.
关键词：钢筋网架锚喷；巷道维修；注浆加固；巷道量测；应力稳定
Key words： steel truss anchor and shotcrete；roadway maintenance；grouting reinforcement；roadway measurement；stress stability
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）20-0109-03
0 引言
袁庄煤矿是一个具有开采50多年历史的老矿，巷道顶板岩性较差，围岩破碎巷道压力大。该矿IV1下部车场采用架设U29型钢半圆拱金属支架配合金属网支护，巷道底鼓频繁、支架变形量大。卧底周期一般在4～6个月，维修周期一般在8～10个月。维修期间不仅增加了矿井吨煤成本，同时占用了大量的人力资源，而且维修期间安全风险较大。作为一种新工艺和新技术，在钢筋网架锚喷支护支护结构中，钢筋网架以及支架与其喷层是主要的承载结构，其几何稳定程度较高，因此在进行底板浇注以及两帮喷覆注入混凝土以前，网架的几何外形可以保持稳定。因此，为下一步的喷浆、注浆提供了安全保障。巷道注浆后使原来破碎的围岩形成整体，可有效支撑上覆岩层压力，加之与钢筋网架的有效配合将大大增加支护效果。
1 施工技术要求
①巷道在返修后断面结构应为直墙半圆拱外加反拱结构，在架设支撑结构钢筋网架之前，应保证断面各参数不小于设计尺寸，如此才能确保架设工作正常有序开展。
②钢筋网架支架的组成部分包括一片顶网架、两片侧网架和一片底网架.在施工过程中为了确保架形不出现异常，应严格按照设计尺寸进行架设工作，且确保架设工作结果符合相关规范标准。
③为了保证钢筋网架的联结强度，应拧紧每架钢筋网架片与片连结处的四个螺栓，两钢筋网架应当紧密贴架设，不应留间隙。
④每架钢筋网架的外缘都不能架空，必须与围岩保持良好的接触。一个网架施工完毕后应立即进行充填，同时为保证充填质量，对填充材料进行了要求，若间隙大于300mm，应采取木楔、矸石或者混凝土制预制板等进行充填；反之若间隙小于300mm，直接以混凝土进行喷实。
⑤对钢筋网架支架的设计需要封底，为进一步增强底板支护，以增强支架稳定性，故在每片网架的下部分别打一长度2.5m斜向下45°的锚杆，以端部锚固顶锚杆，锚固力不得低于6T。网架构件的两端中部纵骨筋用锚杆托板承托，降低构件承受剪力，削弱底脚及拱肩的内移量。
⑥钢筋网架架好2～3架以后，应检查断面的尺寸是否符合相关规范标准，不合适时调整位置。在检验施工质量合格的基础上才能采取下一步的操作，需严格按照相关规范要求复喷混凝土，使其质量满足施工标准。
2 施工工艺
钢筋网架支架的安设步骤是：巷道刷大至设计断面后，紧接着先安设钢筋网架支架，首先把一块钢筋网架构件用3～5根锚杆固定在巷道围岩上，之后再用螺栓与另一块钢筋网架对接，将钢筋网架组装、固定完毕。要求钢筋网架架与架之间不能留空隙，在每架网架周围安设锚杆锚索，锚杆锚索的托盘均固定在网架钢筋上，最后在喷射混凝土至设计厚度，具体布置见图1所示。
3 注浆加固
3.1 施工之工序
打入注浆锚杆，将注浆锚杆固定，对注浆封孔进行清理。
3.2 具体施工方法
3.2.1 注浆泵型号可选ZBSB（SYB）―60/5―7.5型煤矿用双液变量注浆泵；使用MQZ―12锚杆钻机或YT―7655气腿式凿岩机，注浆锚杆长度为2.5m，钻眼深度为3.0m，孔径42mm。
3.2.2 拌料注浆。在配浆容器中人工配置浆液，搅拌浆液。浆液水灰比为0.75：1，搅拌5min后制成水泥浆。开泵注浆按定压、定量控制注浆，注浆压力≤3.0MPa。一旦注浆的压力到达3.0MPa，应立即停止注浆，关上注浆管头上的截止阀以及逆流阀，并且拧下注浆管头，最后用快速水泥药卷将注浆锚杆孔口封堵好。处出于安全方面的考虑，在注浆过程中应要求相关工作人员站在注浆锚杆之侧面一米以外，避免异常情况发生危及工作人员的生命安全.另外，每将1孔注完，应快速取下注浆管头且迅速将其与另一根锚杆上的注浆截止阀的接头联结，开始注浆。
3.2.3 注浆过程中，应安排专人负责随时观察并记录各注浆参数，同时建立档案。一旦在注浆过程中发现异常情况，应立即停止注浆，并采取有效的修正措施。
3.2.4 在正式注浆前，应检查机器是否正常，最常见的方式是使机器吸入清水来试运转至少一分钟，必须保证试运转一切正常才能开始注浆。试运转结束后应将清水放出，并且上好闸阀，依次连接注浆管路。
3.2.5 压力表示数达3.0MPa时，为了防止浆液产生外流，应先关闭注浆的阀门，之后打开卸压阀，当压力表示数下降至刻度位时可将快速接头拆卸。
3.2.6 注浆锚杆采用快硬水泥固定，孔口杆体的固定具体方法是用浸湿、去掉包装纸并用调和好的快硬水泥人工充填捣实注浆锚杆孔口杆体与岩壁之间的间隙，固定长度为200mm，固管水泥必须捣实，固管2小时后方可注浆，注浆结束后要对注浆锚杆进行封孔，封孔长度为100mm。
3.3 注浆之技术要求
3.3.1 打入注浆锚杆时，锚杆间之排距详见图2，锚杆孔深为3000mm，锚杆长为L=2500mm，外露的长度为100mm到150m。
3.3.2 施工时，锚杆眼位允许误差±200mm，注浆锚杆必须垂直于巷道轮廓线，初注压力为1.0MPa，最后终压为2.5MPa到3.0 MPa。
3.3.3 注浆水泥用普通525#硅酸盐之水泥，严格遵照0.75：1的水灰配合比例。采取先从下部第一排开始注浆并依次向上的上行式注浆方式进行注浆。
3.3.4 因为注浆施工具有极强的隐蔽性，为了保证注浆质量符合要求，必须加强注浆全过程的质量检查工作，在注浆过程中注意记录各相关参数，然后分析和掌握注浆的规律，从而确定最佳的注浆方案，如此将有利于以后的注浆工作。
3.3.5 在注浆时必须按照逐排逐孔，自下而上的方式进行，不得擅自采用其他方式，同时必须确保孔符合相关规范标准，一旦发现不合格的孔必须采取有效措施进行修正。
3.3.6 水泥注浆，开始注浆时以1：1的稀浆注入，之后注入水泥石灰比例为0.7：0.8的浆液，在封孔时，为预防从孔口处跑浆，以0.6：1之稠浆封孔。严格以注浆桶之容积来配比，必要时配入水玻璃。
3.3.7 为防止沉淀产生在注浆时应当不停均匀搅拌。
4 巷道量测
4.1 围岩之位移量测
量测围岩内部各点相对于其表面的距离变化，它是客观反映岩体松动范围和围岩稳定状态的重要指标。围岩内部位移量测设备选用BA-Ⅱ型超声波测定仪。
4.2 围边之收敛量测
量测巷道以及支架表面的任意两点之距离变化。位置应选择巷道的拱顶和两帮，以此算出巷道的两帮距离之收敛值和顶底间距离之变化值，可正确显示巷道的周边收敛的变化特点和规律。仪器用DWB型数字式收敛计，量测仪器的精度可达0.01mm。
4.3 巷道支护受力量测
支护受力量测主要包括锚杆、锚索的受力。为确保观测系统的长期稳定，量测采用精度高、抗干扰性强、防爆安全的MYJ、SYJ型液压式传感元件，作用于锚杆、锚索上的压力值可直接从仪表上获得。
4.4 网架衬砌钢筋应力应变量测
研究钢筋网架受力特性，对网架典型部位的主筋、构造筋等进行应力应变量测，为评判支护受力和优化支护设计提供依据，量测采用JTM-V1000钢筋计。
5 监测周期
观测同期如下：在元件埋设获取初读数后，1周内每天观测1次；第2周至3周每2天观测一次，第4周开始3天观测1次，第5周至6周每5天观测一次，第7周开始1 周观测1 次，以后每月观测2次。
6 效果对比
由于钢筋网架锚喷支护是一种主、被动相结合的支护形式，通过注浆使巷道周边破碎围岩形成整体，能有效地控制围岩的变形，与钢筋网架的有效配合将大大增加了支护效果。改变了原巷道半年一小修一年一大修的状况。该支护形式在我矿IV1下部车场施工的60m巷道内，经观测在两年内巷道最大变形量为350mm，目前仍能满足安全使用需要。同巷道的其他地段采用的支护形式为架设U29型钢半圆拱金属支架，在两年内已经修复两次、卧底四次，每次修复时巷道最大变形量均达到800mm以上。因此采用钢筋网架锚喷支护形式不但加大了巷修周期，同时也为避免巷修事故做出了贡献。为该矿创造了良好的经济效益和安全效益。实践证明钢筋网架锚喷支护方式是一种集效益与效果于一体的新的支护方式，具有较高的推广价值。
7 结论
本文对钢筋网架锚喷支护结构支护技术分析，钢筋网架锚喷支护结构在结构性能上有重大改进，其在支护速度较快且成本较低，当安装工作结束后，能立即供以连续较强的支撑作用，而且能有效地抑制松动圈范围的扩大，具有分压作用，可以满足在动压条件下的巷道的支护要求。为我国动压失稳巷道的治理开辟了新途径，取得了突出的经济效益和社会效益。
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