拱形斷面錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)在井巷工程施工中的成功實(shí)踐及應(yīng)用

拱形斷面錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)在井巷工程施工中的成功實(shí)踐及應(yīng)用
摘　要：本文敘述了月亮田礦根據(jù)本礦地質(zhì)自身?xiàng)l件，結(jié)合錨桿支護(hù)特點(diǎn)，在南三采區(qū)各類地質(zhì)條件及不同施工方式下，井巷工程施工中使用拱形斷面錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)實(shí)踐及應(yīng)用獲得成功。
一、概況
近年來，錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)在盤江煤電集團(tuán)公司各礦井巷工程施工中得到廣泛應(yīng)用和推廣，因錨桿支護(hù)受地質(zhì)條件、施工工藝、人為因素、支護(hù)材質(zhì)等影響，盤江煤電公司月亮田礦于2004年6月3日在南三1318210里切巷因錨桿支護(hù)失效而造成巷道頂板大面積冒落事故后相隔幾年未推廣錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)。在2007年上半年以前月亮田礦南三采區(qū)有少部分掘進(jìn)巷道使用錨網(wǎng)支護(hù)，巷修錨網(wǎng)支護(hù)幾乎為零，且掘進(jìn)巷道錨網(wǎng)支護(hù)多為矩形斷面；進(jìn)入2007年下半年到2008年上半年后，受盤江相鄰礦井井巷工程中大面積成功使用錨網(wǎng)噴注聯(lián)合支護(hù)的影響，開始探索性在掘進(jìn)、巷修施工中采用拱形斷面錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)，并獲得了一些有益的經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)入2008年下半年開始對(duì)拱形斷面錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行推廣使用。為克服地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖石松軟破碎、巷道壓力大等困難，經(jīng)過長期的探索和現(xiàn)場實(shí)踐，不斷修訂錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)參數(shù)，我們摸索出采用拱形斷面錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)的一些方法， 錨網(wǎng)支護(hù)作為一種比較成熟的巷道支護(hù)形式，與傳統(tǒng)架棚支護(hù)方式相比，在改善支護(hù)效果、降低支護(hù)成本、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高巷道斷面利用率等方面都有顯著成效。
二、錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)難以推廣使用及存在問題分析
月亮田礦南三采區(qū)井田范圍斷層構(gòu)造較為繁多和復(fù)雜，井田范圍內(nèi)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造有影響的10—60多米落差正、逆傾向斷層多達(dá)6條之多，每個(gè)采面走向長度布置也就才300—400m，受6條較大斷層影響，可以說1—4m次生落差斷層就較為普遍了，如此繁多的斷層影響也就造成了地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多變的主要因素，因此伴隨而來的就是頂板不穩(wěn)定、破碎、易冒落等情況就是長見的頂板顯現(xiàn)規(guī)律了。另外就是：一是采動(dòng)影響對(duì)巷道的破壞性表現(xiàn)較為強(qiáng)烈（主要表現(xiàn)為側(cè)壓）；二是布置在煤柱區(qū)域影響范圍內(nèi)的巷道壓力及底鼓現(xiàn)象都表現(xiàn)較為明顯；三是主要的一些系統(tǒng)巷道都沿煤層施工布置，造成返修率高，損壞巷道頂板的固有穩(wěn)定性。因此綜合以上影響頂板穩(wěn)定原因分析，也就造成了錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)難以推廣的一個(gè)重要因素，同時(shí)從主觀上也存在畏懼思想。
三、 拱形斷面錨網(wǎng)支護(hù)巷道技術(shù)參數(shù)選擇
（一） 巷道支護(hù)材料選擇
1、支護(hù)材料
頂板及兩幫錨桿支護(hù)要求：該巷頂錨桿采用ø20×3000mm全螺紋錨桿、300×300mm短鋼帶配合3000×900mm（10#）鐵絲網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，巷道兩幫采用ø20×2500mm全螺紋錨桿、300×300mm短鋼帶配合3000×900mm(10#/8#）鐵絲網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，錨桿間排距均為800mm。
2、錨索支護(hù)要求：每間隔1600mm施工一組錨索，每組錨索為3根，錨索沿巷道中線布置一根，中線兩側(cè)各一根，間、排距均為1600mm，錨索規(guī)格為ø15.24×8300mm。安裝長度為8.0m。
3、錨固劑及鐵絲網(wǎng)使用要求：錨固劑為K2335型，3000mm錨桿每根使
4、節(jié)樹脂錨固劑進(jìn)行錨固。2500mm錨桿每根使用3節(jié)樹脂錨固劑進(jìn)行錨固，每根錨索使用6節(jié)樹脂錨固劑進(jìn)行錨固。鐵絲網(wǎng)搭接長度為100mm，搭接處必須用12#鐵絲綁扎好，綁扎間距不大于200mm。
5、錨桿外露長度為50mm，錨索外露長度為300mm。
6、附巷道斷面支護(hù)圖。
(二）、 巷道圍巖破壞范圍估算
⑴、如圖所示

⑵、巷道兩幫破壞深度C的確定：
見公式（1）
式中Kδ——應(yīng)力集中系數(shù)，Kδ=KS.Ka；
KS——與巷道斷面形狀有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)，
Ka——與殘余支承力有關(guān)的系數(shù)，有下式確定：
見公式（2）
X—圍巖的寬度，m;
Kym —基本頂穩(wěn)定性系數(shù)；
δrm—巷道頂板巖層的單向抗壓強(qiáng)度，MPa;
h—采高，m；
hi—直接頂厚度，m；
δ cc—被破壞切割的巖石單相抗壓強(qiáng)度，MPa；
r—巷道上覆巖層的平均容重，KN/m3；
H—巷道的埋深，m；
a—煤層的傾角，（0）；
h c—被巷道切割的煤層厚度，m；
l—巷道切割煤（巖）層的最大寬度，m；
u— 煤層波松比，見下表。
A — 煤層內(nèi)摩擦角 （0），由下式確定：
見公式（3）
煤層的波松比u
⑶、巷道頂板破壞高度b
見公式（4）
式中h0——巷道高度，m；
Ky——頂板巖層完整性系數(shù)
⑷、巷道圍巖荷載的確定
1）、頂板載荷集中Qr的確定。
見公式（5）
式中Qr—頂板載荷集度， KN/m；
r0—頂板巖層平均容重， KN/m3。
2）、巷道兩幫載荷的確定。
見公式（6）
式中 QS—巷幫載荷集度， KN/m。
三、支護(hù)成本比較及經(jīng)濟(jì)效益
每米巷道材料費(fèi)耗定額比較
624×（8842－4870）+1140×（8992－6578）＝5230488元

月礦南三采區(qū)自2007年至今在掘進(jìn)及巷修巷道過程中采用錨網(wǎng)支護(hù)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。在共計(jì)1751 m錨網(wǎng)拱形巷道中比U棚節(jié)約材料費(fèi)5230488元；同期因錨桿支護(hù)而節(jié)約的巷道工程費(fèi)用大約5648772元。
四、施工及支護(hù)效果分析
采用錨網(wǎng)支護(hù)不僅施工工藝簡便，而且施工速度較快。同時(shí)與u型棚巷道相比，巷道整體變形量較小，斷面收縮率有所降低。這種支護(hù)方式較好的保持了巷道的穩(wěn)定。因此，錨網(wǎng)支護(hù)的巷道在（煤）巖層掘進(jìn)的巷道中，采用錨網(wǎng)噴支護(hù)比用u型棚支護(hù)的效果好。U型棚支架雖有抗壓性能好，承載能力大等特點(diǎn)，但由于松軟破碎的巖石，穿過煤層，支護(hù)在受壓變形的同時(shí)，圍巖散壓力一直處于上升狀態(tài)，較難穩(wěn)定，并由于支架的變形不能適應(yīng)圍巖的變形，而錨網(wǎng)支護(hù)包括了各種支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，將松散的圍巖能結(jié)合成整體，這樣就改善了圍巖的物理力學(xué)性能，從而形成可靠有效的結(jié)合拱結(jié)構(gòu)，提高了支護(hù)的承載能力和穩(wěn)定性，降低了底鼓應(yīng)力的集中度，有效的控制了巷道的變形量。經(jīng)過近幾年的考驗(yàn)，巷道成形良好，頂板得到控制，在動(dòng)壓影響下，巷道沒有產(chǎn)生較大的變形，成功地實(shí)現(xiàn)了在動(dòng)壓大，圍巖體破碎等預(yù)期目標(biāo)。此種支護(hù)方式也存在不足。
1、由于如巷道達(dá)不到及時(shí)的噴漿，巷道經(jīng)過長時(shí)間的風(fēng)化，圍巖出現(xiàn)松動(dòng)、下沉、兜網(wǎng)等現(xiàn)象。
2、施工工藝較復(fù)雜，人員操作不規(guī)范，導(dǎo)致工程質(zhì)量不較差。
3、巷道掘進(jìn)過程中，由于巷道成形較差，嚴(yán)重出現(xiàn)超挖好或欠挖現(xiàn)象，導(dǎo)致在施工錨桿過程中造成一定的困難。
經(jīng)過在施工過程中不斷的摸索與發(fā)現(xiàn)，我們應(yīng)加大規(guī)程、措施的貫徹力度，注重現(xiàn)場人員的操作規(guī)范，嚴(yán)格按質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行操作。在今后各種掘進(jìn)巷道及巷修巷道中廣泛采用錨網(wǎng)支護(hù)，并根據(jù)巷道頂板的完整性來選擇錨桿的間、排距，合理的布置。
五、結(jié)語
錨網(wǎng)（索）支護(hù)已在月亮田礦南三采區(qū)已得到成功應(yīng)用，這是科學(xué)理論指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的具體體顯。經(jīng)過巷道支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)為科學(xué)管理頂板，正確選擇支護(hù)參數(shù)、合理確定支護(hù)強(qiáng)度，提供了科學(xué)的依據(jù)，該設(shè)計(jì)的應(yīng)用不僅保證安全生產(chǎn)，取得了較好的社會(huì)效益，而且節(jié)約材料消耗，減少了工人的勞動(dòng)量，提高了勞動(dòng)效率。