２０１２年第３期 中州煤炭 总第１９５期 锚网索喷注联合支护在深部软岩巷道中的应用 朱家学 （义煤集团公司千秋煤矿，河南义马４７２３００） 摘要：矿井在进入深部开采后，软岩巷道围岩出现显著变形，围岩破碎严重，对巷道围岩稳定性的控制变得极 其困难。针对该情况，千秋煤矿在２１区轨道下山扩修施工中，采用“锚网喷＋锚索桁架＋壁后注浆”相结合 的联合支护技术，加强了深部软岩巷道的支护，较好地解决了围岩松软、高变形巷道的支护难题，技术经济效 益显著，确保了工程质量和生产安全。 关键词：锚网喷；壁后注浆；联合支护 中图分类号：ＴＤ３５５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００３—０５０６（２０１２）Ｏ３—０００７一ｏ３ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｏｆ Ｂｏｌｔｉｎｇ ａｎｄ Ｓｈｏｔｃｒｅｔｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｗｉｒｅ Ｍｅｓｈ，Ａｎｃｈｏｒ Ｃａｂｌｅ ａｎｄ Ｇｒｏｕｔｉｎｇ Ｂｅｈｉｎｄ Ｓｈａｆｔ ｉｎ Ｄｅｅｐ Ｓｏｆｔ Ｒｏｃｋ Ｒｏａｄｗａｙ Ｚｈｕ Ｊｉａｘｕｅ （Ｑｉａｎｑｉｕ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ，Ｙｉｍａ Ｃｏａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｙｉｍａ ４７２３００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ａｐｐｅａｒｅｄ ｗｈｅｎ Ｑｉａｎｑｉｕ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ ｃａｍｅ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｄｅｅｐ ｍｉｎｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｗａｓ ｂｒｏｋｅｎ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ，ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｗａｓ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏ１．Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｉｓ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｓｕｐｐｏｒｔ— ｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｂｏｌｔｉｎｇ ａｎｄ ｓｈｏｔｃｒｅｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｗｉｒｅ ｍｅｓｈ，ａｎｃｈｏｒ ｃａｂｌｅ ａｎｄ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｂｅｈｉｎｄ ｓｈａｆｔ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｃｏｎ— ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ２ １ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａ ｒａｉｌ ｄｏｗｎｗａｒｄ ｉｎ Ｑｉａｎｑｉｕ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｏｆ ｄｅｅｐ ｓｏｆｔ ｒｏｃｋ ｒｏａｄｗａｙ，ｓｏｌｖｅｄ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｓｏｆｔ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ａｎｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏａｄｗａｙ，ａｎｄ ｇａｉｎｅｄ ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ ｅｆｆｅｃｔｓ，ｅｎｓｕｒｅｄ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｓａｆｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｏｌｔｉｎｇ ａｎｄ ｓｈｏｔｃｒｅｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｗｉｒｅ ｍｅｓｈ；ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｂｅｈｉｎｄ ｓｈａｆｔ；ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ 软岩、高地压巷道和硐室的维护一直是煤炭开 了“锚网喷＋锚索桁架＋壁后注浆”联合支护技术 方案并加以实施，取得了良好的效果。 采等地下工程中的难题 ，尤其随着开采深度的增 加和开采动压的影响，软岩巷道极易受到破坏而呈 现出松散破碎状态，流变性大。因此，针对深部破碎 的软岩巷道和硐室，研究一种技术可靠、经济效果显 著的支护方案势在必行。 １ 工程概况 千秋煤矿位于义马煤田中部，井田面积１７．９ ｋｍ ，２００７年矿井核定生产能力为２１０万ｔ／ａ。 千秋煤矿２１区轨道下山位于井田西部，２１１７２ 工作面运输巷车场口向下段平均埋深７６０ ｍ，倾角 一义煤集团公司千秋煤矿２１区轨道下山受埋藏 深、围岩易膨胀和崩解软化以及开采动压的影响，顶 底板移近严重，两帮收敛较大，巷道围岩呈松软破碎 状态。特别是２１１７２工作面运输巷车场口向下，虽 ｌ３。，沿煤层顶板布置，所处岩层大部分为泥岩或 砂质泥岩，巷道围岩节理，局部裂隙发育，较松软破 碎，其上部覆盖中、上侏罗系杂色砾岩、砂岩、细砂 岩、粉砂岩，厚度大于６００ ｎｌ。２１区轨道下山原设计 为梯形断面，高２ ８００ ｍｍ，上底宽３ ６００ ｍｍ，下底宽 然已进行过一次翻修和反复卧底，但仍有多数部位 通车困难。由于采掘接替需要，２１２２１工作面需尽 快开采，鉴于该巷道不能满足通风、运输、行人和实 现本质安全的要求，迫切需要对其进行扩修施工。 为此，在２１区轨道下山扩修施工中，千秋煤矿提出 ４ ２００ ｍｍ，采用锚网索＋钢带支护，锚杆打设于顶、 帮部，间排距均为６００ ｍｍ；菱形金属网平铺于顶、帮 部，并用托盘紧固，金属网压茬１００ ｍｍ，每隔２００ 收稿日期：２０１１—１１—１８ ｍｍ连一扣；锚索打设于顶部（每排打设２根），间排 距均为３ ０００ ｍｍ；钢带设计长３ ６００ ｍｍ，且垂直于 作者简介：朱家学（１９７１一），男，河南周口人，助理工程师，２０１１年 毕业于河南理工大学，现任义煤集团公司千秋煤矿调度室主任。 巷道延伸方向以间距６００ ｍｍ布置，并用托盘紧固 ・，７・ ２０１２年第３期 中州煤炭 总第１９５期 于巷道顶部。该巷道翻修后使用不到２ ａ，由于受各 种因素影响，顶板下沉量在５５０～８００ ｍｍ，底鼓量近 ５００ ｍｍ，每帮收敛量为５００—７５０ ｍｍ。考虑２１区西 翼２１２２１工作面开采的需要，为了延长巷道的使用 服务时间及降低翻修率，此次２１区轨道下山扩修采 用巷道大断面，设计断面为拱形，采用联合支护技 术，喷浆后高４ ０００ ｍｍ，宽６ ０００ ｍｍ。 ２支护设计思路 影响巷道围岩稳定性的主要因素有３种：围岩 强度、岩体应力和支护技术。正是由于前２种因素 的影响，使得高地应力、软岩、动压巷道的维护非常 困难。不稳定巷道支护与围岩相互作用的研究成果 证明，支护强度是控制巷道围岩剧烈变形的关键因 素，只有充分发挥围岩的自承能力，才能有效控制围 岩的剧烈变形。控制围岩离层最直接有效的手段是 提高围岩的力学性质，改善其受力状况。因此，在矿 井深部高地应力区域中的不稳定煤、岩层施工巷道 内，主要应改善井巷围岩力学性能，充分利用围岩的 内在强度和自承能力，采取积极、主动的支护结构来 达到预期的支护效果，以满足安全生产的需要。 ３ 支护方案 砌碹、金属支架等均属于被动支护，若仅依靠支 护体本身强度，很难承受高地应力的作用。锚杆、锚 索虽被认为是主动支护，但因锚固的岩体为一些破 碎或松散岩体，围岩的可锚性较差，仅锚杆、锚索很 难满足深部高应力软岩巷道的支护要求。另外砌 碹、金属支架支护成本高，施工速度慢，变形或破坏 后维修较为困难，而壁后注浆技术能够增加围岩的 整体性，使松软、破碎围岩的自承能力和自稳能力得 到有效提高，是一种技术工艺简单、效果好、投资少 的支护技术 。为此，根据工程概况和设计思路， ２１区轨道下山扩修施工采用“锚网喷＋锚索桁架＋ 壁后注浆”的联合支护技术。 ４支护工艺 扩修施工过程中正确使用超前支护和临时支 护。超前支护采用 ２０ ｅｍ的圆木架设间距为０．８ ｒｎ的抬棚，超前支护距离不得小于１０ ｍ；临时支护 采用３根 ８３ ｍｍ、长４ ｍ的钢管，一端固定在锚杆 上、一端伸向扩修作业面，钢管间距１．２ ｍ。为尽量 缩短空顶时间，扩修巷道底帮角部的矸石出完后，及 ．Ｒ・ 时进行支护。千秋煤矿２１区轨道下山扩修支护如 图１所示。 图１ 千秋煤矿２１区轨道下山扩修支护示意 （１）喷浆。巷道成型后，喷射５Ｏ～８Ｏ ｍｍ厚的 速凝混凝土，强度等级为Ｃ２５，速凝剂添加量为水泥 质量的３％～４％，保证喷平、喷严、无蜂窝麻面和赤 脚穿裙现象。喷浆能及时封闭和保护围岩，防止风 化作用对围岩的破坏，减少泥岩剥落的条件 。 （２）锚杆支护。喷浆后，巷道顶、帮采用（２ｊ２２ ｍｍ×２ ５００ ｍｍ螺纹钢树脂锚杆及时支护（最底部 一排锚杆距巷道底板不大于３００ ｍｍ），间排距均为 ６００ ｍｍ，垂直巷壁打设，外露长度不大于５０ ｍｍ，每 根锚杆采用１支ＣＫ２３４０型和１支Ｋ２３５０型树脂锚 固剂端头锚固，顶部锚杆预紧力矩不小于２００ Ｎ・ｍ， 帮部锚杆预紧力矩不小于１５０ Ｎ・ｒｎ。破碎围岩中锚 杆支护作用在于提高围岩强度，锚杆支护强度越大， 锚固体极限强度、残余强度也越大，尤其是对残余强 度提高的效果更为显著 。因此，采用高强度锚杆 支护可显著提高围岩的承载能力 。 （３）挂网。及时采用菱形金属网护顶、帮，金属 网平铺于顶、帮部，压茬连接并用托盘紧固，压茬长 度不小于１００ ｍｍ，每隔２００ ｍｍ连一扣，内外压茬 呈“双边三花”连接。网不仅可以支撑锚杆之间松 散岩石，达到大面积护顶、护帮的效果，同时将单根 锚杆连结成锚杆群，以提高围岩的整体性。 （４）锚索支护。采用 １７．８ ｍｍ×８ ０００ ｍｍ钢 绞线鸟巢锚索，每排打设５根，问排距均为１ ５００ ｍｍ，垂直巷壁打设，外露长度不大于３００ ｍｍ，每根 锚索采用１支ＣＫ２３４０型和２支Ｚ２３８８型树脂锚固 剂端头锚固，锚固力≥２００ ｋＮ，锚索打设滞后扩修作 业面不得大于６ ｍ。锚索锚固深度大，决定了锚索 锚固端处于运动、变形、破坏速度较慢的相对稳定的 层位内，可将下部不稳定岩层锚固在上部稳定的岩 ２０１２年第３期 朱家学：锚网索喷注联合支护在深部软岩巷道中的应用 总第１９５期 层中，可靠性高；且在锚索预紧力作用下，同锚杆一 样在两端头之间形成对称圆锥体形压应力分布区， 锚索在巷道内均匀布置，使各圆锥体形压应力分布 区相互重叠交错，因而在巷道顶部形成承压拱。 玻璃波美度４５。Ｂ６，用量为水泥量的３％～５％，水灰 比１．０：（０．７—１．０），注浆压力为１．５～２．５ ＭＰａ（根 据围岩情况具体确定，围岩破碎时适当降低注浆压 力，围岩完整时适当提高注浆压力）。注浆材料将 破碎围岩重新粘结起来，改善围岩的物理力学性质， 提高围岩的自承能力，使巷道处于稳定状态。通过 注浆加固围岩，减缓了巷道变形的危害，延长了巷道 的使用时间。 （５）锚索桁架补强支护。顶部３根锚索安装长 为３．３ ｍ的锚索桁架，锚索桁架为１２ 工字钢梁按规 定弧度压制而成，锚索锁具与锚索桁架之间垫钢板， 规格为１２０ ｍｍ Ｘ ７０ ｍｍ×１０ ｍｍ（长×宽×厚），确 保锚索桁架与顶板之间充分接触。锚索桁架作为补 强措施，能降低围岩的拉应力，平衡潜在垮落范围内 岩层所受载荷，阻止其垮落，进一步增加了围岩的承 载能力。 ５ 结语 义煤集团公司千秋煤矿在２１区轨道下山扩修 施工中，采用“锚网喷＋锚索桁架＋壁后注浆”相结 合的联合支护技术，加强了深部软岩巷道的支护，其 后续工程量小，支护效果良好。该技术针对性也较 （６）壁后注浆。通过建立监测系统，每隔３０ ｍ 安设１组离层指示仪。根据实测的巷道位移时间序 列数据可知：巷道顶底移近量最大为２２５ ｍｍ，最大 移近速度为２５ ｍｍ／ｄ，每帮收敛总量为５０—１５０ 强，较好地解决了围岩松软、高变形巷道的支护难 题，技术经济效益显著，对类似条件巷道支护设计具 ｍｍ，巷道在前３０ ｄ内变形剧烈，此期间顶底板和两 帮变形量分别占总变形量的８５％和７０％，以后逐渐 进入变形稳定阶段。当巷道变形持续６０ ｄ后，经统 计最终巷道变形速度基本在０．１ ｍｍ／ｄ以内，此时 巷道已完全进入稳定期，所以一次支护６０ ｄ后进行 壁后注浆作为二次支护。在壁后注浆前，对围岩再 有借鉴作用。 参考文献： ［１］宋振骐．实用矿山压力控制［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版社， ｌ９８８． ［２］ 田建胜，屈凡非，．井巷设计与施工技术［Ｍ］．徐州：中国 矿业大学出版社，２００９． 次喷射５０ ｍｍ厚的速凝混凝土。该层速凝混凝土 和网形成有一定柔性的薄壁混凝土加固圈，不仅起 到了封闭围岩的作用，而且保证了注浆压力。注浆 管采用 ２０ ｍｍ×２ ５００ ｍｍ的中空钢管，每排打设 ５根，巷道正顶垂直巷壁打设１根，两侧向下２ ３００ ｍｍ垂直巷壁各打设１根，再向下离巷道底面不大 于４００ ｍｍ往下偏１５。各打设１根。采用水泥水玻 璃单液浆，水泥采用Ｐ．０４２．５Ｒ普通硅酸盐水泥，水 （上接第６页） 以较小夹角设计。巷道支护方案 ［３］ 王建平，靖洪文，刘志强．矿山建设工程［Ｍ］．徐州：中国矿业 大学出版社，２００７． ［４］ 侯朝炯，勾攀峰．巷道锚杆支护围岩强度强化机理研究［Ｊ］．岩 石力学与工程学报，２０００，１９（３）：３４２—３４５． ［５］ 陆士良，王悦汉．软岩巷道支架壁后充填与围岩关系的研究 ［Ｊ］．岩石力学与工程学报，１９９９，１８（２）：１８０－１８３ （责任编辑：秦爱新） ［２］ 蔡美峰．地应力测量原理与技术［Ｍ］．北京：科学出版社， ２０００． 应以实测地应力的大小和方向作为基本参数。为了 确定更加精确的地应力规律，应在矿区布置较多的 测点。 （３）地应力是影响和改变含瓦斯煤层介质性质 ［３］ 王连捷，潘立宙，廖椿庭，等．地应力测量及其在工程中的应用 ［Ｍ］．北京：地质出版社，１９９１． ［４］ＤＵＮＣＡＮ ＦＡＭＡ Ｍ Ｅ，ＰＥＮＤＥＲ Ｍ Ｊ．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｏｌｌｏｗ ｉｎ－ ｃｌｕｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆ０ｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｉｎ－ｓｉｔｕ ｒｏｃｋ ｓｔｒｅｓｓ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｍａ・ ｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｏｃｋ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｍｉｎｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ。１９８０（１７）： １３７．１４６． 的重要环境因素，更是诱发煤与瓦斯突出的主要因 素。因此，该测试数据对矿井灾害的防治具有重要 意义。 ［５］ 李远，乔兰，孙歆硕．关于影响空心包体应变计地应力测量精 度若干因素的讨论［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００６，２５（１０）： ２１４Ｏ－２１４４． 参考文献： ［１］ 于学馥，郑颖人，刘怀恒，等．地下工程围岩稳定分析［Ｍ］．北 京：煤炭工业出版社，１９８３． ［６］ 刘允芳，刘元坤．围压试验在空心包体式应变计地应力测量中 的作用［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００４，２３（２３）：３９３２－３９３７． 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