锚网索喷+U型钢棚联合支护技术在巷道维修中的应用

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【摘 要】通过分析山西汾西矿业正帮煤业辅运大巷破坏的形态和机理，查找破坏的规律，研究支护结构的强度和稳定性，认为在修复时采用锚网索喷+U型钢棚联合支护方式，能够达到的较好修复效果，值得推广应用。

【关键词】破坏形态；机理浆；联合支护

1 引言

山西汾西正帮煤业是山西焦煤汾西矿业集团公司下属的资源整合在建矿井，矿井年设计生产能力120Mt/a，批采4#～11#煤层，服务年限37a，区域地层属霍西煤田的北部，灵石矿区西北部，汾孝矿区交子里精查勘探区的东部。区域内主要地层为石炭系和二叠系，以中奥陶系地层为基底，覆盖层厚度为160～260米，采用主斜井、副立井、回风立井混合开拓方式，单水平开采。

由于受上部9#煤采空区煤柱压力的影响，造成部分岩巷围岩处于高应力区，另外，10+11号煤底板岩性为铝质泥岩，岩石力学强度较低，完整性较差，巷道围岩裂隙较发育，强度较低；遇水膨胀，易造成巷道顶板下沉、帮鼓及底鼓。因此，矿井的辅运大巷局部地段处于高应力区的破碎围岩条件下，支护条件较差，出现了不同程度的破坏。

2 辅运大巷的变形概况及围岩稳定性分析

2.1 围岩情况、断面设计及支护方式

正帮煤业辅运大巷标高为+752m，距离地表深度约258米。矿井主采煤层为石炭系上统太原组的10+11#煤层，煤层厚度4.64～7.2m，平均厚5.5m。10+11#煤层底板为铝质泥岩，厚度2-5m，抗强度14.41MPa，抗拉强度为2.45MPa，抗剪强度为4.9MPa。根据相邻矿井资料显示，遇水变软，易膨胀，有底鼓现象。底板类型为Ⅱ类，属松软底板。而辅运大巷局部地段长度200m，正位于10+11#煤层底板铝质泥岩内，巷道掘进后顶板下沉、两帮帮鼓、底板底鼓现象较严重。

辅运大巷设计为半圆拱形断面，初次支护采用锚网索喷支护，金属网片为φ6mm钢筋加工的100×100mm方格网，全断面采用Φ22×2400mm的螺纹钢锚杆，锚杆间排距800×800mm，喷层厚度为150mm，拱部采用3根锚索支护φ17.8×6000mm。

2.2 辅运大巷围岩变形破坏情况及原因分析

根据观察分析，辅运大巷局部区段出现了较大的变形，喷层严重开裂掉块，巷道断面缩小、底板起鼓、锚索拉断，巷道周围岩体破碎，黏结力较小，内摩擦力大为降低，围岩变形严重，特别是拱部的肩部以下严重变形，实测结果为：顶板下沉量达到300～400mm、底鼓量达到400～500mm，两帮移近量达到300～800mm，其顶底板移近最大速度可达2mm/d左右，两帮移近量可达到2.5mm/d；截止巷道维修前，围岩变形基本稳定，围岩的变形已严重影响永久支护的整体强度和稳定性。

分析认为，巷道变形破坏是多种因素共同作用的结果，其破坏原因主要有：①上覆9#煤采空区煤柱压力影响； ②围岩松软，整体性差；③支护强度不够。

2.3 巷道破坏的形态及修复机理

2.3.1 巷道的破坏形态

巷道的破坏形态主要有以下几种：①剪切破坏：主要发生在巷道的拱顶部，表现为喷体脱落等；②拉伸破坏：主要发生在巷道的直墙下部及两肩窝处，表现为喷体破断、脱落等；③收缩变形破坏；主要发生在巷道的弱面位置。

2.3.2锚网索喷+U型钢棚联合支护作用机理

采用锚网索喷+U型钢棚联合支护，为主动支护配合被动支护方式，首先，联合支护大大的增强了支护强度，可有效控制围岩变形；其次，若在锚网支护受压出现一定变形时，配合可缩性支架进行支护，可适当的缓冲泄压，防止出现压力集中，造成大面积变形破坏，并具有一定的抗变形能力，使巷道抗失稳能力增强。

3 维修的时机

维修支护的关键是如何对破碎松动围岩加固补强及确定支护时机，如果维修支护时机掌握不好，如巷修的支护时间太早，在围岩剧烈活动期，在高地压尚未重新分布完毕之前进行，则支护效果不佳，一般支护手段很难保证巷道支护完好。如支护时间太迟，待变形严重后修复，巷道的有害变形将会加剧，巷道冒顶的可能性增强，围岩破碎松动的范围将加大，给修复工带来极大地困难，不但成本增加，安全性也没有保证，因此，合理确定支护时机是巷道修复的一个关键问题。最佳时机应该按巷道矿压观测资料确定，通过对巷道围岩表面位移观测，其变形速度达到最大值时，表明巷道围岩受力最大，此后压力逐渐减小（但变形不停止）。此时，如巷道支护强度能抵抗破坏外力，巷道不破坏；如巷道支护强度相对较弱，巷道出现变形、喷体出现片状或鳞状剥落，此时便是最佳支护时机的临界点，可开始进行巷道修复工作。

4 锚网索喷及U型钢棚维修技术

4.1 支护要求

巷道断面：在维修支护时留出100mm的让压空间，确保在维修支护后一段时间内，围岩受压变形稳定后的巷道净尺寸仍满足通风、行人和运输等需要。

4.2 联合支护修复施工工艺

根据围岩条件、失修状况，以及现有施工条件，采用锚网索喷+U型钢棚联合支护方式进行维修。

原巷道采用锚网梁索喷支护（如图1所示），现维修支护需要架棚，巷道掘宽加大600mm，掘高加高300mm，因此先采用人工配合风镐对进行扩刷，扩刷后用C20混凝土对新暴露的岩体初喷70mm。

首先进行锚网梁索支护：巷道全断面采用Φ22×2400mm的螺纹钢锚杆支护，锚杆间排距为800×800mm，金属网采用Φ6mm的钢筋制作，规格为1700×900mm，孔径为100×100mm，网与网之间搭接宽度为100mm。锚索规格为Φ17.8×6000mm，间排距为1600×1600mm，每排施工4根。

然后架设U型钢棚支护：钢棚采用29U型钢制作，钢棚间距为800mm，棚间用Φ22mm的圆钢制作的拉杆连接。架设U型棚后，先沿钢棚外缘全断面铺设一层钢筋网，再采用混凝土背板花背，用水泥背板和矸石填实顶帮。

U型棚架设完毕后，距底板起600mm及1600mm处使用U型钢卡子配合Φ22×2400mm螺纹钢锚杆进行锁腿，防止棚腿受侧压失脚。

最后喷浆成巷，喷厚150mm，喷浆时要将水泥背板间的空隙全部填实，在U型钢内侧水泥背板和喷射砼形成整体，有效的提高支护强度。

5 锚网索喷+U型钢棚联合支护修复效果分析

采用锚网索喷+U型钢棚联合支护后，控制了高应力条件下的巷道变形量和失修率，对断面收缩情况进行了量测，巷道断面收缩量均比维修前减小了90%以上，支护效果良好。

参考文献：

[1]沈龙，曹振兴.锚网索喷联合支护在大断面硐室施工中的应用[J].能源技术与管理，2013（10）.

[2]何涛.锚网索喷与U型棚联合支护技术在近煤岩巷及揭穿煤巷道施工中的应用[J].科技信息，2012（12）.