复杂地质条件下的煤矿掘进技术研究

复杂地质条件下的煤矿掘进技术研究
摘要：在太平煤矿+700m水平南二运输大巷施工过程中，通过采用以光面修边
爆破技术和螺纹钢树脂锚杆、预应力锚索为主的联合支护技术，改变了传统的支
护方式，保持了巷道围岩的完整性和稳定性，成型较好，提高了巷道支护的安全
可靠性，取得显著的安全效益和经济效益。

关键词：软岩施工；光面爆破；预应力锚索；联合支护；
1概述
太平煤矿+700m水平南二运输大巷设计工程量1200m，巷道净宽4.4m，三心拱，净断面积13.9m2,目前已施工1000m。

巷道位于矿井一级构造F22、F38断层
附近，地质情况十分复杂，揭露围岩裂隙发育、破碎、极松软，稳定性差。

在巷道掘送过程中多次揭露不明煤层及围岩破碎带，由于对F38断层高应力
集中区膨胀软岩缺乏足够认识，施工初期巷道出现严重的片帮和冒顶。

经过认真
分析、研究，重新对施工工艺及支护参数进行设计、改进,使巷道掘送顺利进行，为缓解太平煤矿大区接续争取了时间，取得了良好的经济效益。

2 巷道支护
2.1 锚杆支护设计
根据松动圈组合拱支护理论，设计巷道锚杆支护基本参数。

（1）锚杆长度和间距
根据巷道断面尺寸、围岩条件，结合工程经验，设计锚杆支护形成的组合拱
厚度1200mm。

确定锚杆间距和排距为600～1000mm，外露锚尾段取50mm，锚
杆在岩体中的控制角按照45°计，则锚杆长度：
=1200+800+50=2050mm
式中，为锚杆长度；为锚杆间排距；为组合拱厚度；为锚尾外露长度。

取锚杆长度2200mm，锚杆间排距600×800mm。

（2）锚杆锚固力
+700m水平南二运输大巷为永久支护，一次成巷，巷道断面比较大，设计锚
杆锚固力Q = 60 KN，即6t，可以满足支护要求。

（3）锚杆杆体直径
设计锚固力0.06MN（6t），A3钢抗拉强度为380MPa，锚杆直径为：
=17mm，取18 mm。

式中：为锚杆直径；为锚固力；为A3钢抗拉强度；K为富余系数，取1.2。

确定锚杆直径为18mm。

（4）锚孔直径
根据锚杆直径，确定锚孔直径为28mm。

（5）锚杆锚固剂参数
为了保障支护的可靠性，设计采用树脂锚固剂。

岩体中锚孔的强度: kN
树脂锚固剂的锚固力: kN
锚杆锚固长度:mm
锚孔φ28时， 2350锚固剂的锚固长度：mm
采用1支K2350树脂锚固剂可以满足要求。

（6）金属网
为了确保大巷的永久稳定性，必须利用金属网加强喷层的抗拉强度，防止表层围岩脱落。

设计采用10#铁丝编制的菱形金属网，规格：长×宽=2000×1500mm，网目50×50mm。

（7）托板
锚杆支护主要依靠锚头的锚固力和托板的反力共同作用，才能保持设计锚固力。

因此，
正确选择托板和正确选用锚固剂具有同等重要的意义。

选择加载效果好的碟形钢托板，尺寸120×120×8mm，中孔φ22mm。

2.2 锚索支护设计
（1）确定锚索长度和间距
根据巷道断面尺寸及围岩条件，结合工程经验，确定锚索间、排距为1200×1600mm，每
排安装五根锚索。

锚索长度：
式中，L为锚索总长度，mm；L为锚索深入到较稳定岩层的锚固长度，mm；L为需要悬
吊的不稳定岩层厚度，取2000mm；L为上托盘及锚具的厚度，取100mm。

Ld为需要外露的
张拉长度，取250mm。

按GBJ86—1985要求，锚固长度L按下式确定：
锚索锚固长度:= 2×=1435mm
式中，K为安全系数，取2；d1为锚索钢绞线直径，取15.24mm；fa为钢绞线抗拉强度，N/mm2(1920MPa，合1883.52N/mm2；fc为锚索与锚固剂的粘合强度，取10N/mm2。

则 L=1435+2000+100+250=3785mm,取4000mm。

（2）锚索倾角
锚索垂直巷道轮廓线表面安装。

（3）锚索孔直径
根据锚索直径，确定锚索直径与锚杆孔直径一样，均为28mm。

（4）锚索锚固剂参数
为了保障支护的可靠性，设计采用树脂锚固剂，由于锚索锚固长度为1435mm，而锚孔
φ28时，每支K2350锚固剂的锚固长度为688mm，因此采用3支K2350树脂锚固剂可以满足要求。

（5）托板
锚索支护主要依靠锚头的锚固力和托板的反力共同作用，才能保持设计锚固力。

选择钢
托板规格尺寸：300×300×10mm，中孔φ22。

（6）钢筋托梁
钢筋托梁采用φ18螺纹钢加工而成，梯子形，宽100mm，每根长5000mm，每隔
600mm间隔100mm用短钢筋焊接。

3 巷道掘进施工工艺
3.1 施工方法
光面爆破主要参数确定
①掏槽眼：可采用斜眼掏槽法，具体可采用双楔或三楔布置，眼距控制在400～500mm，装药系数65%～70%，炮眼垂直深度1.4m。

②辅助眼：掏槽眼以外布置辅助眼扩槽。

眼间距取350mm左右，装药系数取55～60%，炮眼深度1.2m。

③三圈眼：在掏槽眼和辅助眼以外需要布置三圈眼。

眼间距取700mm左右，装药系数
取50%，炮眼垂直深度1.2m。

④二圈眼（抵抗眼）：三圈眼以外布置二圈眼，二圈眼确保光爆层厚度，其参数的合理
控制是实现光爆的关键之一。

二圈眼的炮眼间距取600mm左右，装药量为周边眼的三倍为宜，炮眼装药量可控制在400g左右，装药系数约30%，炮眼垂直深度1.2m。

⑤周边眼：当围岩较硬时，周边眼布置于巷道轮廓线以外，与轮廓线外接；软岩可布置
于巷道轮廓线以内，与轮廓线内切。

周边眼直接保护围岩，其参数应当严格控制。

炮眼装药
量可取100～150g，炮眼垂直深度1.2m。

炮眼间距为400mm。

3.2 巷道支护方法及要求
（1）由于巷道围岩较破碎、极不稳定，因此必须做到掘进一循环，支护一循环。

即“一
掘一支”，及时支护。

(2)金属网要搭接，每片金属网网边都要套人锚杆、锚索托盘内压实，不可对接，网后不
得存有碎石。

（3）钢筋托梁间隔800mm一组，必须用锚杆、锚索托盘压紧，并紧贴岩层表面，不断出现松动、下滑、掉兜等现象。

(4)锚杆、锚索的施工安装：要求孔径、锚杆(锚索)直径及锚固剂直径三者相匹配；锚杆的锚固力不低于60kN，锚杆预紧力矩不低于100kN．m；锚索的锚固力不低于150kN，预紧力不小于100kN。

（5）喷射混凝土支护前，首先用压风吹净巷道表面岩粉，确保混凝土厚度不少于
100mm，巷道表面不出现露筋及干裂现象。

4 支护效果与经济效益
(1)由于采用光面修边爆破施工技术后，巷道掘进爆破引起的巷道移动程度轻微，保持了巷道围岩的完整性和稳定性，提高了巷道支护的安全可靠性。

(2)该巷道目前已施工1000m，支护效果良好，巷道表面无变形、开裂现象，成型较好，完全可以满足生产需要，说明锚、网、索、喷联合支护在软岩大断面巷道掘进施工中使用成功。

(3)采用锚网索喷联合支护方式与料石砌碹相比，每米可减少掘进工程量4.5m3以上，掘进断面减少了10％一20％，喷层厚度只是砌碹厚度的25％左右。

巷道成本降低30％以上。

(4)简化施工工艺，缩短了施工时间，加快了施工速度。

与砌碹或架棚支护相比，省去二次支护工序，节约了施工时间。

(5)采用锚网索喷联合支护方式节省材料，降低成本。

还减轻了工人的劳动强度，工作效率提高，加快了施工速度。