斜井暗槽黃土層段聯(lián)合支護應(yīng)用與分析

梅曉+范志剛+賈志暉+彭曉輝

【摘 要】 黃土具有垂直節(jié)理發(fā)育、透水性好、遇水易軟化等特性，綜合考慮各方面因素，在澠池曹躍礦業(yè)公司斜井暗槽（黃土層段）支護中首次提出了采用錨網(wǎng)噴+U型鋼支架（鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)）+噴射混凝土聯(lián)合支護形式，取得了良好的支護效果，確保了工程質(zhì)量和施工安全，為類似地質(zhì)條件下的巷道施工提供了寶貴的經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】 暗槽 聯(lián)合支護 打錨桿掛網(wǎng) 噴漿 支護強度

1 引言

一般傳統(tǒng)的架棚、砌碹巷道支護只是被動的控制圍巖的位移和變形，而且只在一定的應(yīng)力范圍和時間空間內(nèi)適用。錨網(wǎng)噴+U型鋼支架（鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)）+噴射混凝土聯(lián)合支護是通過錨入圍巖內(nèi)部的錨桿，充分利用圍巖自身抗壓，在巷道周圍形成一個整體、穩(wěn)固的支撐帶；同時利用U型鋼支架強抗壓能力和可縮性，結(jié)合噴射混凝土使其形成整體結(jié)構(gòu)，主動支護與被動支護相結(jié)合，從而達到維護巷道的目的。斜井暗槽（黃土層段）支護采用錨網(wǎng)噴+U型鋼支架（鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)）+噴射混凝土聯(lián)合支護技術(shù)，先卸壓后支護，采用小循環(huán)、放小炮松動掘進、短掘短支的方法施工，在施工的安全、質(zhì)量、工期和效益上均取得了良好的支護效果。

2 工程概況

澠池曹躍礦業(yè)一水平副二井原為行人副斜井，位于一水平副一井與箕斗主斜井之間，地面位于礦區(qū)工業(yè)廣場西北部，井口標(biāo)高+714.09m，井底標(biāo)高+517.8m，巷道原凈斷面積僅為4.44m2，為便于今后公司“煤鋁聯(lián)采”戰(zhàn)略的實施，保證鋁土礦的提升，需要對其進行擴修和延伸。

一水平副二井于2011年9月開始施工，設(shè)計擴修巷道全長603m，黃土層段向下至基巖段延伸不小于5m，按暗槽（黃土層段）支護標(biāo)準(zhǔn)施工。其中黃土層段坡度為24.5°，包括明槽斜長15m和暗槽（黃土層段）斜長42m。巷道采用三心拱斷面，底部凈寬5.95m，中心位置處凈高4.0m，凈斷面積20.5m2，設(shè)計掘進斷面積22.9m2。（巷道斷面布置如圖1-1）。

3 支護研究分析

曹躍礦業(yè)黃土層覆蓋于各地質(zhì)年代地層之上，為淡黃、土黃色之風(fēng)成黃土，夾鈣質(zhì)結(jié)核，局部由河床礫石、卵石、坡積物組成，厚度10m～16m。

黃土除具有普通軟弱圍巖的特征外，還具有垂直節(jié)理發(fā)育、透水性好、遇水易軟化等特性。“強支護”是黃土層巷道設(shè)計指導(dǎo)原則之一。

錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護是近年來普遍推廣應(yīng)用一種施工工藝，可以及時封閉圍巖，減少圍巖的暴露時間，更好地利用圍巖自身的支撐能力，形成主動支護，且支護后可以直接利用自然平衡拱原理錨固外部圍巖，大大提高巷道抵抗變形能力，有效延長巷道的服務(wù)年限。

U型鋼可縮性金屬支架主要具有承受壓力大，支撐時間久，抗拉強度、抗壓強度較高等特點。較其他剛性支架具有可縮性和穩(wěn)定可靠地承載能力，適應(yīng)松軟圍巖的載荷和變形，斷面利用率高，支架支回方便，維修量小，支架回收率高，減少坑木使用，環(huán)保效益十分明顯。

綜合考慮各方面因素，在曹躍礦業(yè)斜井暗槽（黃土層段）巷道支護中首次采用錨網(wǎng)噴+U型鋼支架（鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)）+噴射混凝土聯(lián)合支護形式。

4 施工方法、支護參數(shù)及其他加固措施

4.1 工藝流程

掘進施工→打錨桿、掛金屬網(wǎng)→初噴混凝土→架設(shè)U型鋼支架（鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)）→復(fù)噴混凝土。（根據(jù)曹躍礦業(yè)公司地質(zhì)資料和長期積累的施工經(jīng)驗，采用錨網(wǎng)噴為臨時支護，架設(shè)U型鋼棚復(fù)噴混凝土作為永久支護）。

4.2 掘進施工

掘進時嚴(yán)格控制空頂距，嚴(yán)禁超前空頂作業(yè)，采用小循環(huán)方式、放小炮松動掘進，短掘短支，控頂距離為0.8m。

4.3 打錨桿掛金屬網(wǎng)

錨桿不同于一般的支架，它不是消極地承受巷道圍巖所產(chǎn)生的壓力和阻止破碎巖石的冒落，而是其具有懸吊、組合梁、擠壓加固和減小跨度作用，通過錨入圍巖內(nèi)錨桿來改變圍巖本身的力學(xué)狀態(tài)，并有一定的伸縮性，可隨巷道圍巖同時變化，而不失去支護能力，從而實現(xiàn)支護一體化、載荷均勻化，達到巷道支護穩(wěn)定的目的。根據(jù)需要設(shè)計錨桿采用管縫錨桿，其結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，靠摩擦力實現(xiàn)全長錨固，在錨桿受圍巖橫向位移力時，錨固力更大，而且不易折斷。采用管縫錨桿長度為1.8m，直徑40mm，間排距為800mm×800mm；托盤用3#鋼制成，厚度6mm，尺寸150mm×150mm。錨桿方向垂直于巷道周邊，為了防止巷道底臌，底角錨桿與巷道底板布置成30°。錨桿每排15根，按“先頂后幫”的順序打設(shè)，先在頂部打設(shè)7根，然后兩幫各打設(shè)4根。（錨桿布置見巷道斷面支護圖1-2）。

同時針對黃土圍巖強度小易脫落的情況，使用菱形金屬網(wǎng)配合錨桿，主要是防止錨桿間的松軟黃土或碎石塊垮落，提高支護的整體性和安全性。菱形金屬網(wǎng)采用Φ4mm的鍍鋅鐵絲紡織而成，網(wǎng)孔規(guī)格為60mm×60mm，壓接長度不得少于100mm，每隔200mm用8#鐵絲連接牢固。

4.4 初噴混凝土

噴射混凝土是唯一能夠與圍巖壁面大面積牢固粘附的支護手段，也是適用于各種圍巖的一種有效支護手段，其具有及時、密貼、早強、封閉的特點，起到支撐、充填、隔絕和柔性支護的作用。黃土層巷道中其作用主要來自噴混凝土與黃土表面的粘著力所產(chǎn)生的抗剪阻力。錨桿掛網(wǎng)打設(shè)好后，及時對巷道進行初噴，初噴厚度不少于50mm，以保證所噴混凝土對黃土層支護的效果和提高施工的安全性。菱形金屬網(wǎng)對混凝土起到一個掛漿的作用，并保證噴射混凝土以后與金屬網(wǎng)形成一體，提高混凝土的強度，最終使混凝土強度不小于C20，達到支護的目的。

4.5 架設(shè)可縮性U型鋼支架

可縮性U型鋼支架具有承受壓力大，支撐時間久，易安裝不易變形，適用于松軟圍巖的載荷和變形等特點，根據(jù)曹躍礦業(yè)公司井下長期使用U型鋼支架支護的實踐經(jīng)驗，一水平副二井?dāng)U修采用6.0m×4.2m，36U型鋼支架進行架設(shè)，共5節(jié)，其中梁長2.4m，腿長3.07m；棚距中對中600mm，搭接長度為450mm，每一搭接處使用卡纜三個，卡纜扭矩不得小于350～450N·m，棚與棚之間用金屬拉桿連接，每棚拉桿不少于3塊，要求卡纜、拉桿上緊擰牢，位置統(tǒng)一，且成直線；柱窩深200mm。架棚時，在里側(cè)緊貼支架均勻鋪設(shè)一層鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)由Φ6.5mm鋼筋焊接而成的大網(wǎng)格金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)規(guī)格為1.5m×1.0m，網(wǎng)孔規(guī)格為80mm×80mm，壓接長度不小于100mm。（U型鋼支架斷面設(shè)計如圖1-3）。endprint

4.6 復(fù)噴混凝土

可縮性U型鋼支架架設(shè)完畢后及時對巷道進行復(fù)噴，設(shè)計巷道噴射混凝土總厚度為200mm，并保證與支架內(nèi)側(cè)噴平齊，錨桿、兩層金屬網(wǎng)與U型鋼支架緊密結(jié)合，形成鋼網(wǎng)、鋼梁混凝土結(jié)構(gòu)。噴射混凝土層封閉了圍巖表面，完全隔絕了空氣、水與圍巖的接觸，有效地防止了風(fēng)化潮解而引起的圍巖破壞欲剝落；同時，由于圍巖裂隙中充填了混凝土，使裂隙深處原有的充填物不致因風(fēng)化作用而降低強度，也不致因水的作用而使原有的充填物流失，使圍巖保持原有的穩(wěn)定性和強度，從而達到了永久支護的目的。

4.7 其它加固措施

4.7.1 增加增阻塊

在U型棚梁、腿搭接處外側(cè)下端20mm位置處增加一組增阻塊，增大棚子工作阻力，避免棚梁下滑，使巷道抗頂壓提高了一倍。（增阻塊位置見圖1-3）。

4.7.2 料石墊底

在架設(shè)U型鋼支架前，利用原有砌碹巷道的料石對兩幫U型鋼支架腿進行墊底，這樣增大了U鋼支架柱腳與巷道底板的接觸面積，能有效防止巷道整體下沉，提高了巷道抗頂壓能力，從而增強了巷道的支護強度；同時合理利于原有砌碹巷道的料石，減少了材料的浪費，節(jié)省了成本的投入。

4.7.3 設(shè)置聯(lián)鎖裝置

在距U型鋼棚腿底座1.5m高度處設(shè)置工字鋼聯(lián)鎖裝置，每4棚一聯(lián)鎖，聯(lián)鎖由（礦廢舊）工字鋼+卡纜（廢舊螺紋錨桿加工）組成，工字鋼每端伸出棚外不得少于100mm，每一搭接處使用卡纜固定。設(shè)置聯(lián)鎖裝置使巷道所有棚梁形成一個整體，大大提高了棚梁抗側(cè)壓能力和整體支護強度。目前，這一措施在曹躍礦業(yè)公司井下巷道施工中正得到全面推廣。（聯(lián)鎖裝置位置見圖1-2）

4.7.4 打設(shè)橫截水溝

在巷道底板每隔15m打設(shè)一條寬、深都為0.2m坡度不小于3°的橫截水溝，保證流水能方便的流入巷道下山水溝內(nèi)。另外在巷道緊挨每一滲水點下方加設(shè)橫截水溝。這樣能夠防止巷道底板流水沖刷、侵蝕，對加固巷道底板、阻止底鼓有明顯的作用。

5 支護效果

經(jīng)過實踐，曹躍礦業(yè)一水平副二井?dāng)U修于2012年8月初安全順利施工完畢，支護效果良好，至今在生產(chǎn)過程中圍巖、噴層、支架和底板未出現(xiàn)任何明顯變形，不但有效保證了巷道斷面，而且節(jié)省了巷道維修方面大量的人力、物力投入，從而取得了很好的支護效果與經(jīng)濟效益。

6 結(jié)語

在暗槽（黃土層段）支護中首次采用打錨桿掛金屬網(wǎng)進行初噴，效果顯著。鋼網(wǎng)、鋼梁混凝土砌碹結(jié)構(gòu)使單個支護變?yōu)檎w支護，大大提高了巷道的整體支護強度，使巷道圍巖能夠均勻受力，經(jīng)過檢驗，該巷道支護強度高，穩(wěn)定性強，減少了巷道的維修工程量，降低了維修費用，具有良好的經(jīng)濟效益。創(chuàng)造了安全的工作場所，安全效益顯著。

實踐證明，斜井暗槽（黃土層段）巷道支護采用錨網(wǎng)噴+U型鋼支架（鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)）+噴射混凝土聯(lián)合支護形式在技術(shù)上可行，安全上可靠，在今后斜井暗槽（黃土層段）施工中必將得到進一步推廣應(yīng)用。

參考文獻：

[1]張榮立，何國緯，李鐸.采礦工程設(shè)計手冊.北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.

[2]何滿潮，孫曉明.中國煤礦軟巖巷道工程支護設(shè)計與施工指南.北京：科學(xué)出版社，2004.

[3]東兆星，吳士良.井巷工程.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2010.endprint

4.6 復(fù)噴混凝土

可縮性U型鋼支架架設(shè)完畢后及時對巷道進行復(fù)噴，設(shè)計巷道噴射混凝土總厚度為200mm，并保證與支架內(nèi)側(cè)噴平齊，錨桿、兩層金屬網(wǎng)與U型鋼支架緊密結(jié)合，形成鋼網(wǎng)、鋼梁混凝土結(jié)構(gòu)。噴射混凝土層封閉了圍巖表面，完全隔絕了空氣、水與圍巖的接觸，有效地防止了風(fēng)化潮解而引起的圍巖破壞欲剝落；同時，由于圍巖裂隙中充填了混凝土，使裂隙深處原有的充填物不致因風(fēng)化作用而降低強度，也不致因水的作用而使原有的充填物流失，使圍巖保持原有的穩(wěn)定性和強度，從而達到了永久支護的目的。

4.7 其它加固措施

4.7.1 增加增阻塊

在U型棚梁、腿搭接處外側(cè)下端20mm位置處增加一組增阻塊，增大棚子工作阻力，避免棚梁下滑，使巷道抗頂壓提高了一倍。（增阻塊位置見圖1-3）。

4.7.2 料石墊底

在架設(shè)U型鋼支架前，利用原有砌碹巷道的料石對兩幫U型鋼支架腿進行墊底，這樣增大了U鋼支架柱腳與巷道底板的接觸面積，能有效防止巷道整體下沉，提高了巷道抗頂壓能力，從而增強了巷道的支護強度；同時合理利于原有砌碹巷道的料石，減少了材料的浪費，節(jié)省了成本的投入。

4.7.3 設(shè)置聯(lián)鎖裝置

在距U型鋼棚腿底座1.5m高度處設(shè)置工字鋼聯(lián)鎖裝置，每4棚一聯(lián)鎖，聯(lián)鎖由（礦廢舊）工字鋼+卡纜（廢舊螺紋錨桿加工）組成，工字鋼每端伸出棚外不得少于100mm，每一搭接處使用卡纜固定。設(shè)置聯(lián)鎖裝置使巷道所有棚梁形成一個整體，大大提高了棚梁抗側(cè)壓能力和整體支護強度。目前，這一措施在曹躍礦業(yè)公司井下巷道施工中正得到全面推廣。（聯(lián)鎖裝置位置見圖1-2）

4.7.4 打設(shè)橫截水溝

在巷道底板每隔15m打設(shè)一條寬、深都為0.2m坡度不小于3°的橫截水溝，保證流水能方便的流入巷道下山水溝內(nèi)。另外在巷道緊挨每一滲水點下方加設(shè)橫截水溝。這樣能夠防止巷道底板流水沖刷、侵蝕，對加固巷道底板、阻止底鼓有明顯的作用。

5 支護效果

經(jīng)過實踐，曹躍礦業(yè)一水平副二井?dāng)U修于2012年8月初安全順利施工完畢，支護效果良好，至今在生產(chǎn)過程中圍巖、噴層、支架和底板未出現(xiàn)任何明顯變形，不但有效保證了巷道斷面，而且節(jié)省了巷道維修方面大量的人力、物力投入，從而取得了很好的支護效果與經(jīng)濟效益。

6 結(jié)語

在暗槽（黃土層段）支護中首次采用打錨桿掛金屬網(wǎng)進行初噴，效果顯著。鋼網(wǎng)、鋼梁混凝土砌碹結(jié)構(gòu)使單個支護變?yōu)檎w支護，大大提高了巷道的整體支護強度，使巷道圍巖能夠均勻受力，經(jīng)過檢驗，該巷道支護強度高，穩(wěn)定性強，減少了巷道的維修工程量，降低了維修費用，具有良好的經(jīng)濟效益。創(chuàng)造了安全的工作場所，安全效益顯著。

實踐證明，斜井暗槽（黃土層段）巷道支護采用錨網(wǎng)噴+U型鋼支架（鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)）+噴射混凝土聯(lián)合支護形式在技術(shù)上可行，安全上可靠，在今后斜井暗槽（黃土層段）施工中必將得到進一步推廣應(yīng)用。

參考文獻：

[1]張榮立，何國緯，李鐸.采礦工程設(shè)計手冊.北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.

[2]何滿潮，孫曉明.中國煤礦軟巖巷道工程支護設(shè)計與施工指南.北京：科學(xué)出版社，2004.

[3]東兆星，吳士良.井巷工程.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2010.endprint

4.6 復(fù)噴混凝土

可縮性U型鋼支架架設(shè)完畢后及時對巷道進行復(fù)噴，設(shè)計巷道噴射混凝土總厚度為200mm，并保證與支架內(nèi)側(cè)噴平齊，錨桿、兩層金屬網(wǎng)與U型鋼支架緊密結(jié)合，形成鋼網(wǎng)、鋼梁混凝土結(jié)構(gòu)。噴射混凝土層封閉了圍巖表面，完全隔絕了空氣、水與圍巖的接觸，有效地防止了風(fēng)化潮解而引起的圍巖破壞欲剝落；同時，由于圍巖裂隙中充填了混凝土，使裂隙深處原有的充填物不致因風(fēng)化作用而降低強度，也不致因水的作用而使原有的充填物流失，使圍巖保持原有的穩(wěn)定性和強度，從而達到了永久支護的目的。

4.7 其它加固措施

4.7.1 增加增阻塊

在U型棚梁、腿搭接處外側(cè)下端20mm位置處增加一組增阻塊，增大棚子工作阻力，避免棚梁下滑，使巷道抗頂壓提高了一倍。（增阻塊位置見圖1-3）。

4.7.2 料石墊底

在架設(shè)U型鋼支架前，利用原有砌碹巷道的料石對兩幫U型鋼支架腿進行墊底，這樣增大了U鋼支架柱腳與巷道底板的接觸面積，能有效防止巷道整體下沉，提高了巷道抗頂壓能力，從而增強了巷道的支護強度；同時合理利于原有砌碹巷道的料石，減少了材料的浪費，節(jié)省了成本的投入。

4.7.3 設(shè)置聯(lián)鎖裝置

在距U型鋼棚腿底座1.5m高度處設(shè)置工字鋼聯(lián)鎖裝置，每4棚一聯(lián)鎖，聯(lián)鎖由（礦廢舊）工字鋼+卡纜（廢舊螺紋錨桿加工）組成，工字鋼每端伸出棚外不得少于100mm，每一搭接處使用卡纜固定。設(shè)置聯(lián)鎖裝置使巷道所有棚梁形成一個整體，大大提高了棚梁抗側(cè)壓能力和整體支護強度。目前，這一措施在曹躍礦業(yè)公司井下巷道施工中正得到全面推廣。（聯(lián)鎖裝置位置見圖1-2）

4.7.4 打設(shè)橫截水溝

在巷道底板每隔15m打設(shè)一條寬、深都為0.2m坡度不小于3°的橫截水溝，保證流水能方便的流入巷道下山水溝內(nèi)。另外在巷道緊挨每一滲水點下方加設(shè)橫截水溝。這樣能夠防止巷道底板流水沖刷、侵蝕，對加固巷道底板、阻止底鼓有明顯的作用。

5 支護效果

經(jīng)過實踐，曹躍礦業(yè)一水平副二井?dāng)U修于2012年8月初安全順利施工完畢，支護效果良好，至今在生產(chǎn)過程中圍巖、噴層、支架和底板未出現(xiàn)任何明顯變形，不但有效保證了巷道斷面，而且節(jié)省了巷道維修方面大量的人力、物力投入，從而取得了很好的支護效果與經(jīng)濟效益。

6 結(jié)語

在暗槽（黃土層段）支護中首次采用打錨桿掛金屬網(wǎng)進行初噴，效果顯著。鋼網(wǎng)、鋼梁混凝土砌碹結(jié)構(gòu)使單個支護變?yōu)檎w支護，大大提高了巷道的整體支護強度，使巷道圍巖能夠均勻受力，經(jīng)過檢驗，該巷道支護強度高，穩(wěn)定性強，減少了巷道的維修工程量，降低了維修費用，具有良好的經(jīng)濟效益。創(chuàng)造了安全的工作場所，安全效益顯著。

實踐證明，斜井暗槽（黃土層段）巷道支護采用錨網(wǎng)噴+U型鋼支架（鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)）+噴射混凝土聯(lián)合支護形式在技術(shù)上可行，安全上可靠，在今后斜井暗槽（黃土層段）施工中必將得到進一步推廣應(yīng)用。

參考文獻：

[1]張榮立，何國緯，李鐸.采礦工程設(shè)計手冊.北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.

[2]何滿潮，孫曉明.中國煤礦軟巖巷道工程支護設(shè)計與施工指南.北京：科學(xué)出版社，2004.

[3]東兆星，吳士良.井巷工程.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2010.endprint