恒阻大变形锚杆软岩支护巷道中的应用

能源技术与管理　ｄｏｉ：１０．３９６９Ｑ．ｉｓｓｎ．１６７２—９９４３．２０１２．０５．０１８　２０１２年第５期　恒阻大变形锚杆软岩支护巷道中的应用　芮伟力　，刘荣军２　（１．江苏广厦建设监理有限公司，江苏徐州２２１００６；２．平凉新安煤业有限责任公司，甘肃平凉７４４１００）　［摘要］平凉新安煤业有限责任公司新安煤矿由于地质条件复杂，构造应力大，大部分巷道　工程均出现了严重变形破坏的现象，严重影响矿井的安全生产。基于巷道变形破坏　特点及原因，提出了恒阻大变形锚杆十　６　ｎ１ｍ压焊平网＋反底拱钢砼＋喷射Ｃ２０　混凝土支护的方案，进行了合理支护技术参数的确定，从而基本上控制了巷道变　形，并满足了矿井安全生产的需要。通过对试验巷道的监测，该支护方案能有效控　制围岩变形，实现了支护体与围岩的耦合，能有效控制围岩稳定性。　［关键词］恒阻大变形；反底拱；非线性大变形　［中图分类号］ＴＤ３５３＋．６［文献标识码］Ｂ［文章编号］１６７２＿９９４３（２０１２）０５　Ｏ４６一Ｏ２　０引　言　工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑　性变形的工程岩体。巷道开挖后，岩体的原岩应力　状态遭到了破坏，引起应力重新分布，围岩将向巷　道临空面发生位移变形，围岩出现底鼓、顶沉，缩　变形破坏问题突出，主要表现在以下几个方面：　（１）以底鼓为主的非对称特征。底鼓量占巷　道变形量的很大一部分，底鼓现象严重，底板的破　坏范围大，呈现出不对称变形特征。底鼓量平均　１　５００～１　８００　ｍｍ，破坏范围占巷道１１２左右。　（２）顶底板收缩严重的非对称特征。巷道表　帮等大变形特征。针对新安煤矿软岩巷道稳定性　控制问题，提出了对该矿软岩巷道变形机理及控　制对策进行研究的必要性，结合室内试验、现场地　质调查、数值分析等多种手段，提出了新安煤矿深　部软岩巷道稳定性控制的方法。　面位移为加速一缓慢减速一恒速变形型。表现为　顶板偏左肩处呈破碎状剥落，下沉严重区域呈兜　状下沉状态。顶部变形的主要特征是顶板岩层发　生比较显著的相对错动位移和向内挤压。　（３）帮部严重鼓出并出现折帮。在非线性应　力作用下，岩层之间的软弱结构面处与岩层夹角　为钝角的帮部位置出现向上错位滑动或内挤，而　１　问题的提出　甘肃平凉新安煤业有限责任公司是徐州矿务　集团公司在甘肃省投资的全资子公司，由在建的　新安煤矿、崇信县百贯沟煤业有限公司和山西项　目部组成。新安煤矿井田面积为４．５１　ｋｍ　，可采储　量约７　４２５万ｔ，设计生产能力９０万　，设计服务　年限约为５８．９　ａ。新安煤矿＋５３５　ｍ回风石门位于　夹角为锐角的帮部位置出现向下的错位滑动或内　挤。最大挤出量达到１　２００　ｍｍ之多，且两帮多为　非对称内挤和错位。　（４）支护体失效数量多，力学破坏特征明显。　锚杆、锚索承载力较低，多出现拉断现象，锚杆、锚　索和金属网的破坏特点显示了支护体难以承受巷　道围岩的变形能力，以变形刚度和强度不协调为　主要特点。　矿区＋５３５　ｍ水平，巷道赋存于粉砂岩、泥岩、细砂　岩和砂质泥岩等岩层，各个岩层沿巷道的走向和　与垂直巷道走向方向均有约１０。倾角，存在着膨　胀性软岩，复杂的地质条件等问题。巷道有严重的　底鼓现象，最大量达１　８００　ｍｍ，两帮出现上折或　者下折，顶板出现较大的非对称下沉现象，围岩表　３支护设计方案　３．１　支护设计　根据新安煤矿＋５３５　ｍ回风石门的具体围岩　面的混凝土喷层有开裂剥落、钢筋网外露现象，部　分锚杆、锚索被挤出或拉断而失效。　地质条件，通过分析围岩变形力学机制和转化技　术，结合数值模拟结果，确定在新安煤矿＋５３５　ｍ　回风石门延长段采用新型恒阻大变形锚杆耦合支　护设计方案，在特殊地质地段（如遇围岩泥化严重　地段）对围岩注浆加固。　２回风石门变形破坏特征　通过现场实地调查可知，新安煤矿软岩巷道　２０１２年第５期　芮伟力，等恒阻大变形锚杆软岩支护巷道中的应用　４７　支护方案：　（１）支护方式。恒阻大变形锚杆＋　６　ｍｍ压　焊平网＋反底拱钢砼＋喷射Ｃ２０混凝土支护；　（２）设计断面。半圆拱巷道，墙高１　６００　ｍｍ，　拱半径（净）２　３５０　ｍｍ；　（３）支护材料及参数。①锚杆：采用ＨＭＧ一　５００型恒阻锚杆，直径２２　ｍｍ，长度为３　０００　ｍｍ，　钻头选用直径３５　ｍｍ合金钻头，锚杆间排距为　１　０００　ｍｍ×１　０００　ｍｍ，平行布置。锚杆采用树脂药　卷端头锚固，每孔采用１根ＣＫ２８７０（里）、１根　ｚ２８３５（外）树脂锚固剂。②底板加固：采用　２２　ｍｍ　螺纹网绑扎现浇砼支护，绑扎问排距为３００　ｍｍ×　３００　ｍｍ，单层钢筋网，钢筋搭接时搭接长度不小　于４００ｍｍ。③金属网：采用　６．０ｍｍ压焊网，网片　尺寸为１　０００ｍｍ×２２００ｍｍ，网格尺寸１００ｍｍ×　１００　ｍｍ，网片搭接１００　ｍｍ，网与网之间通过专用　联网器钩扣联结，连挠　间距不大于２００　ｍｍ。④混　凝土：喷射混凝土强度等级为Ｃ２０，内掺防水剂。　（４）方案断面支护示意图如图１所示。　图１　方案断面支护示意图　３．２施工过程设计　３．２．１初次支护　严格按爆破图表要求布置炮眼、安装炸药等　工作，做好光面爆破，确保有良好的成型，然后初　喷６０　ｍｍ混凝土、挂网、安装长度３　ｍ恒阻大变　形锚杆、复喷４０　ｍｍ混凝土。　（１）锚杆施工准备工作。按设计图布置眼位，　并用手镐刨出眼窝，在钎杆上做好钻深标记；准备　好风管、水管及锚杆钻机等工具。　（２）恒阻大变形锚杆施工顺序。锚杆钻机试　运转；根据眼位，钻头放人眼窝后，启动手柄开关；　按设计的角度和方向钻进打眼，直至达到要求深　度；安装锚固剂，１根ＣＫ２８７０（里）、１根Ｚ２８３５　（外）树脂锚固剂；用锚杆钻机将杆体旋进岩孔，然　后依次安装托盘、螺母。　（３）施工注意事项。点眼或打眼过程中，不准　用手直接扶或托钻杆和用手掏眼口的岩粉；打完　眼后，先停风后停水；安装锚固剂前须用压风将岩　孔内的岩屑清除干净；安装后，托盘应在喷射混凝　土面或岩面平整处，以使承载力均匀分布，防止压　力传递，造成锚杆产生弯曲应力；锚杆安装技术偏　差严格控制在《锚杆支护技术规范》要求范围内。　３．２．２第二次支护　在第一次支护的基础上挖底（三心拱，最低处　１　２００ｍｍ）、绑扎　２２ｍｍ螺纹网底板浇筑砼。　第二次支护施工要求及注意事项：按设计要　求挖出三心拱面或用喷砼造面；钢筋距巷道底板　不低于２００　ｍｍ；钢筋搭接长度不得小于４００　ｍｍ；　钢筋在巷道两帮处进入墙里不小于１５０　ｍｍ；钢筋　十字交叉及搭接处必须用铁丝绑扎牢固；严格按　设定配合比搅拌混凝土，浇筑时必须采用震动泵　进行震动。　３．３＋５３５　ｍ回风石门延长段巷道支护效果分析　通过现场对巷道围岩位移量的监测，巷道施　工后的前４～２０　ｄ为围岩变形的急剧变形期；掘进　２０～８０　ｄ为变形减缓期，围岩移近量逐渐减小并趋　于稳定；掘进８０　ｄ之后围岩基本处于稳定状态，　可以基本认定巷道在８０　ｄ左右已经趋于稳定。从　监测曲线来看，恒阻大变形锚杆＋　６．０　ｍｍ金属　网＋底板钢砼＋喷射混凝土支护从根本上控制　了回风石门延长段的非线性大变形，同时保证了　巷道全断面的稳定。　４结论　综上所述，无论在静压状态下还是在动压状　态下，恒阻大变形锚杆＋底板钢砼＋金属网＋混　凝土支护方案通过对底板整体加固，底鼓量能够　控制在允许的范围内，同时通过恒阻大变形锚杆　释放围岩内的部分能量，有效控制围岩变形，实现　了支护体与围岩的耦合，能有效控制围岩稳定性。　［作者简介］　芮伟力（１９６５一），男，国家注册监理工程师，国家注册安　全工程师，毕业于淮南矿业学院采矿系采矿工程专业，长期　从事矿山监理工作。　［收稿日期：２０１２—０４—２６］