軟巖硐室通道掘進(jìn)圍巖控制技術(shù)研究

宋星星

（山西陽煤五礦，山西 陽泉 045209）

1 概況

陽煤五礦副井南翼中央軌道大巷硐室通道掘進(jìn)從7805運(yùn)輸巷開口，與7805運(yùn)輸巷呈138°30′21″。中央軌道大巷硐室通道掘進(jìn)段圍巖以泥巖、白色粗粒砂巖為主，抗壓強(qiáng)度低，承載能力較差，屬于破碎性、遇水膨脹性軟巖巷道。

中央軌道大巷硐室通道掘進(jìn)時(shí)巷道斷面設(shè)計(jì)為半圓拱形，掘進(jìn)寬5.5m，高4.25m，直墻高度1.5m。巷道全長122m，其中彎曲巷道21.2m，直巷道100.8m。

2 原支護(hù)形式和存在的問題

（1）原支護(hù)形式

中央軌道大巷硐室通道采用錨桿、錨索加金屬網(wǎng)支護(hù)。巷道拱部支護(hù)：桿體長2.4m，采用麻花鋼錨桿，桿體尾部帶有M24螺紋。打直徑為Ф30mm的錨桿眼，使用MSK2335一支錨固劑，錨固長度達(dá)到1000mm，錨固力120kN。W鋼護(hù)板規(guī)格：280×5×450mm（寬×厚×長）。錨桿配件：錨桿螺母（M24×3）、調(diào)心球墊、尼龍墊圈、拱型托盤，承載能力≥20t。錨桿角度：全部垂直頂板打設(shè)。錨桿預(yù)緊扭矩：≥300N·m，不得超過450N·m。網(wǎng)片規(guī)格：采用5400×1200mm的經(jīng)緯金屬網(wǎng)護(hù)頂，其中每個(gè)網(wǎng)孔規(guī)格為50×50mm。錨桿布置：一排打9根錨桿，每一排錨桿之間的間距為1.0m，排與排錨桿的間距為1.3m。錨索形式與規(guī)格：錨索為Ф18.9×6300mm，其中采用的高強(qiáng)度鋼絞線為1×7股低松馳預(yù)應(yīng)力型，打直徑Ф28mm的錨索眼分別使用MSK2335、MSZ2360樹脂藥卷各一支，錨固到1500mm。錨索托盤：可調(diào)心托板（300×300×16mm）及配套鎖具。承載能力不低于30t。錨索布置：錨索打設(shè)在巷道正中，錨索排距為1.3m。錨索預(yù)張力200kN。

巷道兩幫：Φ20×2400mm麻花鋼錨桿配金屬網(wǎng)支護(hù)；頂板往下第1根錨桿距凈頂板0.25m打注，其余錨桿間距0.95m，錨桿排距0.90m，每幫布置4根錨桿。桿體長2.4m，采用麻花鋼錨桿，桿體尾部帶有M24螺紋。打直徑為Φ30mm的錨桿眼，使用MSK2335一支錨固劑，錨固長度達(dá)到1000mm，錨固力120kN。W鋼護(hù)板規(guī)格：280×5×450mm（寬×厚×長）。錨桿配件：錨桿螺母（M24×3）、調(diào)心球墊、尼龍墊圈、拱型托盤，承載能力≥20t。錨桿角度：全部垂直巷幫打設(shè)。錨桿預(yù)緊扭矩：≥300N·m，不得超過450N·m。網(wǎng)片規(guī)格：采用3000×1200mm的經(jīng)緯金屬網(wǎng)護(hù)幫，其中每個(gè)網(wǎng)孔規(guī)格為50×50mm。錨桿布置：錨桿排距1.3m，拱基線往下每側(cè)布置2根錨桿，間距1.0m。

（2）存在問題

中央軌道大巷硐室通道掘進(jìn)10d，巷道圍巖變形嚴(yán)重，根據(jù)井下實(shí)地觀測(cè)，頂?shù)装遄畲笙鲁亮靠蛇_(dá)450mm，部分頂板錨桿被拉斷失效。兩幫出現(xiàn)明顯擠壓變形，最大移近量可到550mm。

為了保證中央軌道大巷硐室通道安全掘進(jìn)，需要對(duì)中央軌道大巷硐室通道進(jìn)行錨桿、錨索支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3 軟巖硐室通道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

中央軌道大巷硐室通道采用樹脂加長錨固強(qiáng)力錨桿錨索組合支護(hù)系統(tǒng)。圖1為軟巖硐室通道錨桿、錨索布置圖。具體的拱部和巷幫優(yōu)化支護(hù)參數(shù)如下：

（1）拱部支護(hù)

錨桿形式、規(guī)格及錨固方式：桿體長2.4m，采用500號(hào)鋼制作的左旋無縱筋螺紋鋼筋（22#），桿體尾部帶有M24螺紋。打直徑為Ф30mm的錨桿眼，使用MSK2335、MSZ2360各一支錨固劑，加長錨固長度達(dá)到1300mm，錨固力200kN。W鋼護(hù)板規(guī)格：280×5×450mm（寬×厚×長）。錨桿配件：錨桿螺母（M24×3）、調(diào)心球墊、尼龍墊圈、拱型托盤均采用高強(qiáng)度型號(hào)，承載能力≥30t。錨桿角度：全部垂直頂板打設(shè)。錨桿預(yù)緊扭矩：≥400N·m，不得超過550N·m。網(wǎng)片規(guī)格：采用5400×1200mm的經(jīng)緯金屬網(wǎng)護(hù)頂，其中每個(gè)網(wǎng)孔規(guī)格為50×50mm。錨桿布置：一排打9根錨桿，每一排錨桿之間的間距為0.9m，排與排錨桿的間距為1.2m。錨索形式與規(guī)格：錨索為Ф18.9×6300mm，其中采用的高強(qiáng)度鋼絞線為1×7股低松馳預(yù)應(yīng)力型，樹脂加長錨固，打直徑Ф28mm的錨索眼分別使用MSK2335、MSZ2360樹脂藥卷一支和兩支，加長錨固到1800mm。錨索托盤：可調(diào)心托板（300×300×16mm高強(qiáng)度型）及配套鎖具。承載能力不低于40t。錨索布置：錨索打設(shè)在巷道正中，錨索排距為1.2m。錨索預(yù)張力250kN。

（2）巷幫支護(hù)

巷幫寬5.5m，直強(qiáng)高1.5m。錨桿形式、規(guī)格及錨固方式：桿體長2.4m，采用500號(hào)鋼制作的左旋無縱筋螺紋鋼筋（22#），桿體尾部帶有M24螺紋。打直徑為Ф30mm的錨桿眼，使用MSK2335、MSZ2360各一支錨固劑，加長錨固長度達(dá)到1300mm，錨固力200kN。W鋼護(hù)板規(guī)格：280×5×450mm（寬×厚×長）。錨桿配件：錨桿螺母（M24×3）、調(diào)心球墊、尼龍墊圈、拱型托盤均采用高強(qiáng)度型號(hào)，承載能力≥30t。錨桿角度：全部垂直巷幫打設(shè)。錨桿預(yù)緊扭矩：≥400N·m，不得超過550N·m。網(wǎng)片規(guī)格：采用3000×1200mm的經(jīng)緯金屬網(wǎng)護(hù)幫，其中每個(gè)網(wǎng)孔規(guī)格為50×50mm。錨桿布置：錨桿排距1.2m，拱基線往下每側(cè)布置2根錨桿，間距0.9m。

（3）表面噴漿加固

噴射混凝土（強(qiáng)度是C20）配比為:水泥:砂子:石子=1:2:2。水灰比為0.4～0.5。對(duì)軟巖硐室通道噴漿厚度為150mm，剛開始噴射混凝土厚度是50～70mm，且要及時(shí)進(jìn)行復(fù)噴，進(jìn)行復(fù)噴時(shí)間間隔不能超過2h。

圖1 軟巖硐室通道錨桿、錨索布置圖

4 支護(hù)效果監(jiān)測(cè)分析

為了檢驗(yàn)軟巖巷道掘進(jìn)支護(hù)后的效果，沿軌道大巷硐室通道每60m布置一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)軟巖硐室通道圍巖兩幫移近量和頂?shù)装逡平?，監(jiān)測(cè)頻率為2d一次，監(jiān)測(cè)時(shí)間為75d。圖2為軟巖巷道圍巖位移量及變形速率圖。由圖2可以看出，軟巖硐室通道在掘進(jìn)前15d變形速度較大，兩幫圍巖移近速度約為8mm/d，頂?shù)装鍑鷰r移近速度約為5mm/d，隨著掘進(jìn)后時(shí)間的增加，軟巖巷道變形速度開始在40d后逐漸趨于穩(wěn)定，最終軟巖硐室通道圍巖兩幫圍巖移近量穩(wěn)定在208mm左右，頂?shù)装鍑鷰r移近量穩(wěn)定在189mm左右。

圖2 軟巖巷道圍巖位移量及變形速率