1、深部软岩大断面硐室围岩稳定性控制技术耿福高淮南矿业集团顾桥煤矿，安徽淮南232100 摘要：结合工程概况，针对顾桥煤矿主井箕斗装载硐室断面大、围岩松软及施工顺序多变等特点，提出采用“锚网喷+锚索”和钢筋混凝土综合支护的施工方案，并对其施工过程及支护技术进行了介绍，为类似矿山工程的建设提供了参考。关键词：软岩硐室，支护技术，锚索，矿山工程1 工程概况顾桥矿井是国内煤矿井工开采井中井型最大的矿井之一，主井井口标高为+25.6m，井筒净直径为7.5m，井底标高为-781.4m。主井装备两套32t的双箕斗用于提煤，采用上提式装载；箕斗装载硐室较大，其掘进高度、宽度和长度分别为25.5 m，14.872
2、 m和9m，装载硐室上下加固段井筒高度各5.0m。硐室段岩层较松软(第1层位于泥岩和煤线中)，且要揭煤(底部坐落在131煤顶板上)，箕斗装载硐室所在层位对应的岩层，共计穿越9个不同岩层层位，且大都要以泥岩为主，岩性较软，装载硐室顶板标高为-700m，底板标高为-723 m，断面形状为曲墙三心圆带底拱形式(马蹄状断面)，最大净宽12.872 m，净高23.0m，最大走向长度5.5m(距井筒中心线8.0 m)，其箕斗装载硐室为单侧型。在其上段装载胶带机巷开口为半圆拱状，净宽6.8 m，净高5.0 m，长度10.0 m，底板标高为一707m。装载胶带机巷与箕斗装载硐室成T字型交叉，同时箕斗装载硐室与
3、井筒成大面积相交，工程结构极为复杂。2 施工控制为使主井能及早临时改绞，尽快形成运输系统，在此段采取硐室与井筒同时施工，从而工序转换少，硐室壁和井筒壁合成整体，提高硐室壁和井筒壁的质量。由于硐室高度和跨度都很大，前后穿过9个不同岩层层位，同时考虑到装载胶带机巷、箕斗装载硐室和主井井筒的相关性，再者装载胶带机巷的底板标高为-707 m，-707 m设置托罐梁，利用装载硐室永久装载固定梁作支撑架，铺设大板和轨道，形成井下运输进出车系统。因此硐室分两层施工，第一层施工标高为-698.58 m-707.91 m，分层高度为9.33 m；第二层施工标高为-707.91 m-725.30 m，分层高度为1
4、7.39 m，同时第二层施工时又分两个分层，第1层：-707.91 m-718.85 m，段高10.94 m；第层：-718.85 m-725.30 m，段高6.45 m。大体上硐室与井筒同时施工，但井简掘进始终超前硐室3 m5 m。第一层分三段施工：第1段为井筒部分，第段为装载硐室剩余部分，第段为装载胶带机巷开口段2.0 m；采用中央导硐法施工，自上而下阶梯式掘进，掘进顺序为先中间后两边，先左边后右边。装载胶带机巷开口段采用正台阶式掘进。施工采用下行分层阶梯式掘砌施工，分层高度1.6 m2.0 m，每个分层一次掘进，做好临时支护后再施工下分层；在井筒施工的同时将装载硐室同时施工出2m，迎脸采
5、用锚喷临时支护，待井筒到底并实现主风井短路贯通后，将吊盘提至装载硐室位置做作业盘使用，装载硐室掘出后一次浇筑混凝土。该工序简单，速度快，安全可靠，支护质量好。因而第一分层施工把装载胶带机巷的茬口2m部分一并考虑进来。第一分层分三部分施工：第一部分施工此分层井筒部分，第二部分为此分层装载硐室部分，第三部分为装载胶带机巷茬口段2m部分。每一部分掘进后即进行一次支护，三部分施工完后第一分层进行钢筋混凝土二次支护。3 支护技术31 支护方式的选择由于硐室高度和跨度都很大，前后穿过不同岩层9个层位，大多是泥岩层，且顶部开口于花斑泥岩和层煤线，硐室底板坐落在131煤顶板粉砂质泥岩中，其单轴抗压强度除粗砂岩
6、外普氏系数大都小于3，再加上硐室处于-700 m以下，地应力较大，岩石表现软岩大变形、大地压、难支护的特性。根据许多学者的研究1-6：软岩硐室支护一味地强调支护刚度是不行的，要先柔后刚，先抗后让，柔让适度，稳定支护。由于装载胶带机巷与箕斗装载硐室成T字型交叉，同时箕斗装载硐室与井筒成大面积相交，工程结构极为复杂，为避免形成悬岩，同时考虑到掘进扰动的影响，为防止片帮和掉顶，用锚杆支护，同时挂网，由于巷道埋藏较深，压力大，单纯用锚杆难以保证巷道顶板不发生离层现象，为了将破坏区岩层与关键承载区相连，阻止破坏区岩层的扩容离层滑动，提高破碎区的承载能力，因此采用锚索以加强支护，并通过托盘将巷道锚固层整体
7、加固，从而形成组合拱作用，使锚固层整体稳定。因此初次支护采取“锚网喷+锚索”联合支护，以加强直接顶的建梁与加固作用，提高顶板岩层的可锚性和可加固性，保证锚杆和锚索的锚固力在顶板岩层内的连续传播和有效锚固；考虑到箕斗装载硐室使用长期性和重要性，必须保证足够的刚度，同时和井筒的支护结构构成整体，共同抵抗外力，因此永久支护采用钢筋混凝土。32 初次支护参数的选择硐室支护采用锚网喷与钢筋混凝土联合支护方式，由于围岩大都为类和V类围岩，尤其第1层大部分位于6.75m厚的鲡状铝质泥岩中，该岩层极破碎，且遇水易膨胀，施工中极易片帮和掉顶，为此采用小段高掘进，每次爆破高度为2.1 m，缩短岩石的暴露高度，爆破
8、后及时打上管缝式锚杆进行支护，尽量缩短岩石的裸露时间，在硐室的顶帮部打锚索，以增强围岩的自稳性。321 锚杆的选择7锚杆长度可按下式计算：(1)10.(BNL式中： N围岩地不稳定参数，N=11；B硐室宽度，取B=12 m。故锚杆长度需大约253 m，支护中取25 m，采用全长锚固。根据锚杆锚固力的要求，每根锚杆的锚固力不得小于50 kN，锚杆的破断力：(2)bDF24式中： D锚杆直径，mm；锚杆的抗拉强度，MPa。b所以 D1435 mm，考虑到锚杆螺纹部分强度抗拉强度低于杆体，故锚杆均选用 D16 mm，支护中选用20mm。为了方便施工，通常锚杆问排距相等，设为a，按照锚杆的悬吊理论，每
9、根锚杆悬吊岩体重量：(3)LagG式中： 岩体的平均密度，Kgm 3。锚杆的锚固力大于悬吊岩体的重力，即 ，式中 K 为安全系数，常取1.51.8，如果锚固GQ力 ，岩石取平均密度，锚杆的中间长度L=2m，计算可得:a=0567 m0825 m，结合锚KNQ50杆支护的组合拱理论，锚杆的间排距不得超过锚杆长度的12，所以选取锚杆的间排距为08m081TI，施工中锚杆垂直于断面。322 锚索的选择选用锚索为低松弛的直径为15.24 mm，强度级别为1860MPa的钢绞线，锚索的锚固顶端进入稳定岩层1.5 m，硐室顶端的锚索生根于距荒顶2.7 m，厚1.7 m的粉砂岩中，因此本硐室选择的锚索长度为
10、7.0 m，且锚索与水平面成65左右的仰角。根据在一般不稳定()围岩中大硐室施工经验和锚索强度的要求，锚索的间排距选择1500mm2000mm。323 喷层厚度喷层的作用主要是锚杆问的岩石支护和防止围岩风化，为了防止在较大收敛变形情况下喷层发生破坏，为此设计初喷厚度100mm，强度等级为C20，并采用钢筋网规格为150mm150mm的钢筋网片。33 永久支护的选择为使硐室支护与井简支护匹配，以形成一个整体，根据井筒支护情况，硐室内层为钢筋混凝土支护，基本参数为钢筋规格为5200mm，混凝土强度等级为C45，而且硐室整体浇筑。4 结语在埋藏深的软弱岩层中，由于大变形、大地压、难支护的特性，硐室围
11、岩的控制主要从施工(方法和工艺)和支护两方面着手。施工掘进注意分层分段和掘进顺序，采取小段高，施工严格做到一掘一锚一喷；支护的原则是先柔后刚，先抗后让，柔让适度，稳定支护；要允许其适度变形，大硐室的临时支护要采取“锚网喷+锚索”主动支护，以加强直接顶的建梁与加固作用，提高顶板岩层的可锚性和可加固性，保证锚杆和锚索的锚固力在顶板岩层内的连续传播和有效锚固；永久支护考虑到装载胶带机巷、箕斗装载硐室和主井井筒的相关性，永久支护一定要和其他硐室支护相匹配，而且要有一定的刚度，故选用钢筋混凝土支护。作者介绍：耿福高/助理工程师/男/本科/ 1978年1月/安徽和县/淮南矿业集团顾桥煤矿/软岩支护技术/淮
12、南矿业集团顾桥煤矿掘进二区/232100/0554-7662592。参考文献： 1何满朝，景海河，孙晓明软岩工程力学M北京：科学出版社20022冯豫我国软岩巷道支护的研究J矿山压力与项板管理，1990(2)：1-53陆家梁软岩巷道支护原则及支护方法J软岩工程，1990(3) ： 20244郑雨天关于软岩巷道地压与支护的基本观点A 软岩巷道掘进与支护论文集C1985(5)：31 355朱效嘉锚杆支护理论进展J光爆锚喷，1996(3) ：1-4 6董方庭巷道围岩松动圈支护理论J锚杆支护，1997(1) ：597何满朝中国煤矿锚杆支护理论与实践M北京：科学出版社2002Surrounding roc
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