疊加支護技術在特殊條件巷道中的應用
陸球淵【徐州礦務集團龐莊煤礦，江蘇徐州 221141】
摘要對頂板破壞進行了機理分析，應用疊加應力支護技術，解決了小揭發穿層施工巷道頂板支護的難題。
關鍵詞小揭發錨、網、噴 u型棚疊加支護
1 概述
-620九煤放水道裡段位於-620**採區，為-620九煤放水道的裡段，巷道從7煤底板穿至9煤。巷道下側為7503裡運輸道，上側為7501運輸道。巷道採用平巷施工，其標高為-495.
3m，長度為136m。7煤老頂為砂岩，厚度7.5m，中粒石英長石砂岩，夾鮞粒條帶，多泥質條紋；7煤直接頂為砂頁岩，厚度0～3m，平均1.
0m，含砂不均，水平層理，具滑面；7煤底板為砂頁岩，厚度4.0m，含砂不均，有頁岩碎塊，炭化程度較高；7煤老底為砂岩，厚度24.0m，中細粒，呈層狀。
頂板岩性變化大，裂隙較為發育，具滑面，破碎易冒落。新掘的巷道與－620九煤放水道揭發距離為0～12m，因此會造成巷道超高，巷幫維護困難，頂板容易冒落，一次成巷困難。
2 圍岩應力分析
-620九煤放水道裡段在原巷道煤層底板穿層掘進，巷道開掘後，原巷道圍岩的原始應力平衡遭到破壞，圍岩應力經調整後達到二次應力狀態。二次應力呈彈性、塑性分布。由於作用於岩體的初始應力較大而岩體強度較低，巷道開掘後，周圍部分岩體應力超出了岩體的屈服強度，使岩體發生塑性變形。
此時必須加強支護，否則巷道圍岩會失穩，造成巷道的破壞。在巷道開掘後，由於巷道內暴露位置不同會出現應力集中的現象，主要表現在巷道巖梁支撐點處及巖梁斷裂後與巷道點接觸處。根據岩體力學可以分析得出理想狀態下巷道圍岩的應力狀態。
巷道受力如下圖所示。
開掘巷道應力分布圖
3 巷道疊加支護設計
根據巷道控制效果好，安全可靠，便於施工和支護費用低的原則，採用計算機數值模擬及模擬法進行支護方案與支護引數的設計。該巷道斷面為半圓拱形，巷道淨高3.5m、淨寬4.
0m，淨斷面為12.28m2。外段開窩處與裡段透窩處採用錨、網、噴加套u型鋼拱形棚聯合支護。
經過初始設計，施工檢測，資訊反饋和修改，最後確定巷道的支護方案和引數。
3.1 支護方案的確定
由於掘進巷道與-620九煤放水道呈疊加軸向布置，因此，根據組合梁理論，需先加強原巷道支護。採用高強度高預應力錨桿和錨索加密支護，與圍岩一起形成乙個完整的組合梁，以提高原巷道頂板的自承載能力。
隨著巷道頂板揭發的加大，由於施工過程爆破產生的破壞，必然導致原巷道圍岩應力的重新分布。在揭發0～5m之間，錨桿和錨索懸吊在此特殊地質條件下是不可行的，因為新掘巷道受過採動及爆破的影響，頂板節理、裂隙和滑移面發育，頂板破碎、易離層。為了防止漏頂，需鋪設金屬網護頂，決定採用兩幫打錨和鋪網噴漿；肩窩分別安設加密錨索；頂部通過套拱形鋼架棚、錨、網後再用水泥背板全封閉背實的施工方案。
揭發超過5m時，通過螺紋鋼樹脂錨桿、預應力錨索加固圍岩，噴射混凝土封閉圍岩以防岩石風化。鋼筋網限制圍岩表面碎塊岩體滑落，增強噴體強度，達到有效支護圍岩的整體效果。
綜上分析，使用這種疊加支護方式，可以改變巷道圍岩的受力狀態，將頂板壓力通過兩幫實體傳遞到底板，並且可以有效地限制巷道變形，從而達到理想的支護效果。
3.2 支護引數選擇
錨桿選用直徑18mm、長2200mm的左旋無縱筋螺紋鋼等強錨桿，配套塑性減摩墊圈，用ck-2-23/80型樹脂錨固劑卷端頭錨固。錨桿間排距為700×750（mm）。錨桿托盤規格為150×150×10（mm）的碟形托盤和同尺寸的異形托盤。
錨索採用直徑15.24mm、長5300mm的小孔徑鋼絞線，用ck-2-23/80型樹脂錨固劑卷端頭錨固。採用長度為400mm的20#槽鋼做托板。
金屬網由直徑6mm的鋼筋焊接而成，規格為2300×900（mm）、1700×900（mm）兩種。網孔尺寸為100×100（mm），網片搭接長度為150mm。
噴射混凝土強度等級為c20，噴漿料配比為水泥︰沙子︰石子=1︰2︰2.5。水泥為425號普通矽酸鹽水泥，砂子為中砂，石子粒徑在5～10mm之間。
混凝土初噴厚30～50mm，網外噴厚20～40mm，總噴厚不超過100mm。
4 礦壓觀測與分析
為掌握支護後巷道圍岩活動規律和支護效果，在巷道掘進過程中，巷道施工後的一段時間內，在拱形架棚的支護段和錨、網、梁支護段分別設點進行表面位移觀測和錨桿錨固力觀測。
4.1 表面位移觀測
採用十字布點法對巷道兩幫移近、頂板下沉和底臌進行監測。當巷道開掘時，應力處於重新分布階段，圍岩變形速度較快，開挖後1～2天，兩幫移近速度48mm/d，頂板下沉速度為12mm/d，底臌速度6mm/d；到了6～7天，進入波動期，兩幫移近速度降至4.2mm/d，頂板下沉速度降至4.
5mm/d，底臌速度上公升至14.3mm/d。到了穩定期之後，兩幫移近速度降至1.
5mm/d，頂板下沉速度降至0.8mm/d，底臌速度降至2 mm/d，圍岩位移速度大大減緩，巷道處於穩定狀態。
4.2 錨桿錨固力觀測
錨桿的錨固力隨著開掘、波動、穩定平衡幾個時期的影響，最大可達562kn。達到錨桿設計屈服力的64.97%。錨桿沒有出現杆體和構件損壞，說明錨桿的強度適宜，支護設計是合理的。
5 結論
① 通過採用上述疊加支護方式對-620九煤防水道裡段的施工，解決了揭發巷道應力集中的難題。此方式使被錨固的岩層形成乙個整體承載結構，從而改變了施工巷道圍岩的受力狀況，提高了岩層的自承和承載能力，使之能經受放炮造成的動壓劇烈影響，保障了巷道的安全施工。
② 對易離層破碎頂板採用疊加支護技術，頂板破壞減少，集中應力由點傳遞變為面傳遞，避開垂直應力和水平應力集中區，保證了巷道圍岩應力小而分布均勻，為特殊條件下推廣應用疊加支護技術提供了可靠的依據。
③ 該項技術的應用提高了巷道的穩定性和減少了後期的維修量，創造了很好的技術經濟效益和社會效益。
作者簡介陸球淵男，2023年出生，2023年畢業於中國礦業大學採礦專業。現任徐州礦務集團****龐莊煤礦生產管理部部長，助理工程師。
（收稿日期：2007-11-11；責任編輯：王方榮）
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