穿层巷道锚网喷联合支护的应用研究

穿层巷道锚网喷联合支护的应用研究

摘要:基于地质资料与工程类比法的分析研究,采用穿层巷道布置施工工艺方法,重点介绍穿层巷道锚网喷联合支护的应用及其效果,实践证明采用锚网喷联合支护可以消除因岩面不规整而引起的应力集中现象,使巷道支护浑然一体,支护效果更佳。

关键词:穿层巷锚网喷联合支护松动圈

1 工程概况

汾西矿业集团曙光煤矿一采区集中皮带巷从开口施工至3#煤层共穿过1#、2#、3#3个煤层和3层及不稳定砂质页岩层(节理裂隙发育)。在穿层巷道的施工中采用锚杆、金属网、喷射砼联合支护累计穿层长度为40m。以往采用的支护方法为料石砌碹或U型棚架支护穿过该不稳定的岩层及1#、2#煤层。自2006年工程技术人员采用锚网喷联合支护,通过精心组织,顺利穿过了各个煤层及不稳定砂质页岩层取得了良好的支护效果,安全效果及经济效果。

一采区集中轨道巷设计坡度15°,工程量269 m,穿过3个煤层及不稳定砂质页岩层共6层,巷道沿0°方位角施工。累计穿层长度40 m,其中穿1#煤层3.0 m,2#煤层15 m,3#煤层10 m,不稳定砂质页岩层12 m。巷道设计采用锚网喷联合支护,巷道设计为半圆拱型,断面积为13.2 m2。

2 支护参数设计方法

在穿层施工时,2#煤层最厚达3.0 m,支护难度较大。没有同类条件下的工程借鉴经验,工程技术人员分析研究锚网喷的理论和技术,采用锚网喷联合支护的方法。

具体方法为:穿2#煤层时巷道设计为11根锚杆,锚杆选用Φ16的A3锚杆,锚杆长度为1.8 m,树脂锚固剂为CK2355一支,锚杆安设角度垂直于巷道轮廓线,锚杆间排距为800×800 mm,金属网采用Φ6.5 mm 盘条制成的网孔为100×100 mm,规格为1000×2000的矩形网,压茬不小于100 mm,且每200 mm用联网丝双股拧紧。

3 锚网喷射联合支护法技术的依据

基于有关岩石力学理论及巷道断面形状选型的研究成果,选择断面形状,设计采用半圆拱巷道符合自然平衡拱理论。考虑在煤层中爆破后的产生拱形断面径向一定深度内松动圈因素以及在无支护条件下松动圈的稳定程度受制于煤体的强度及节理裂隙的发育程度和煤体间的摩擦阻力的关键性作用；处于裸巷条件下的松动圈虽暂时为平衡状态,但随着煤岩被进一步掘出后,围岩应力将重新分布,松动圈将不具备承载能力或承载能力很小。如果不采取支护措施将会产生自然垮落,形成二次平衡拱,以及二次产生松动圈。因此在爆破后及时在巷道周边径向打锚杆支护和喷射砼以封闭围岩裂隙裂纹,以此作为临时

支护下,喷射砼的作用力将围岩的双向受力变为三向受力,以提高围岩的强度。在锚杆预应力的及时作用下,锚杆周围形成一个锥形体压缩区,彼此重叠连接,使形成一个厚度均匀的连续压缩带,这就是挤压拱加固理论的核心。在挤压拱的加固作用下,松动圈在锥形压缩区形成组合平衡拱,组合平衡拱越完整,围岩支护的承载能力越强。在此基础上再加金属网、喷射砼永久支护,二次强化加固平衡拱的强度,使平衡拱更加完整。巷道支护结构可谓浑然一体,避免了由于岩面不平引起的应力集中现象,而使巷道围岩抗破坏的能力降低,进而达到联合支护最佳效果。

4 关键施工技术

(1)必须保证爆破后的顶板基本完整,保证支护工作可以顺利进行。否则,锚网喷联合支护就无从谈起。因此,保证光面爆破锚网喷联合支护的关键所在,为保证光面爆破的技术要求,将周边眼间距设计为250 mm,装药量不超过100 g,最小抵抗线得大于0.8 m；(2)缩小工作面循环进度。将循环进度内1.7 m,降至1.2 m,同时要求多打眼、少装药,以减少对围岩的破坏深度；(3)锚杆的初撑力很重要,一般要求初撑力不低于30 kN,并每根锚杆的初撑力接近同一值；(4)爆破后及时喷射砼封闭围岩工艺是形成组合梁的重要因素；(5)锚杆的安装质量必须加以保证,扭矩力必须达到120 N/m以上,且锚固长度、安装角度必须符合设计要求；(6)尽量减少巷道围岩在无支护状态下的裸露时间,锚网

喷联合支护一气呵成。

5 经济效益分析

(1)经济效益:若采用料石或U型钢棚支护,材料费3000元/m左右；而采用锚网喷联合支护材料费为1300元/m左右；节省费用为1700元/m左右,全巷道联合支护可节省费用457300元。(2)利于安全生产:采用光面爆破及锚网喷联合支护的形式避免了采用其它支护使煤岩冒落而无法进行临时支护。消除了片帮、冒顶等安全隐患。(3)轻了劳动强度。锚网喷联合支护材料轻便,容易搬运,施工方便,支护工序简单,有利于提高巷道单进。(4)利于质量标准化管理。该联合支护运用得当,一次性达到设计断面；且该支护强度大,服务年限长,巷道维护量少。

6 结语

(1)在穿层巷道中,采用锚网喷联合支护证实了挤压加固,组合平衡拱理论的正确性。因此使广大工程技术人员提高认识,改变理念,大胆采用、试验支护新技术并将它应用到各种复杂的井巷施工中去。(2)锚网喷联合支护克服了料石砌碹、棚式被动承载支护的缺点,减少了围岩变形,及巷道的开挖量。(3)需要指出的是,对此类支护必须开展巷

道支护监测,通过长时间对巷道的位移、顶板离层、锚杆受力等方面的观察,验证已采用的支护参数。为以后的大量应用积累经验。(4)锚杆的锚固力必须到达设计要求,并持之以恒。需对现有钻具、锚杆安装机械、锚杆杆体质量,药卷的质量、施工工艺等进行进一步完善,以保证锚杆安装完毕后不自失效。(5)在施工中,对即将裸露的煤岩必须进行准确判断,以利提前采用特殊措施。以保证巷道支护质量。

参考文献

[1]范忠明，张金山，马猛.深部矿井软岩巷道支护研究[J].山西焦煤科技,2012(7).