巷道过含水层的支护实践

　　【摘 要】在某矿大断面巷道过含水层段的支护中，采用临时支护加永久支护，并在永久支护中采用锚杆-锚索-喷浆联合支护技术，取得了较好的支护效果。本文对该技术进行了介绍。 

　　【关键词】井巷工程；支护技术；含水层；二次支护 

　　0 前言 

　　我国煤炭资源丰富，成煤时期多，赋存条件十分复杂，煤矿绝大多数采用井工开采，巷道总量达3万公里，是浩大的地下工程。由于埋藏深度大，软岩分布广，以及大多数巷道经受采动的强烈影响，所以煤矿巷道的围岩控制要比一般地下工程困难。我国煤矿巷道不仅要花费巨额的开掘和维护费用，而且巷道围岩控制直接影响井下的生产和安全，是煤炭工业生产建设中的重大问题。下面本文就结合工程实践谈谈大断面巷道过含水层的支护技术。 

　　1 工程概况 

　　某煤矿西翼扩区中央胶带大巷全长2782 m，位于3521运输巷西南，南丰井底车场西北，西翼扩区中央胶带大巷是该矿井西翼扩区的主运煤通道，以后在中央胶带大巷两侧中-中距离约60 m处各掘1条中央轨道大巷和1条中央回风大巷，为西翼扩区的主开拓巷道。根据三维地震勘探资料分析，该区域地质条件复杂，巷道掘进中可能遇到落差25 m的S28正断层、落差0～30 m的S73正断层和数条小断层，巷道附近还发育有X46、X49陷落柱。 

　　扩区中央胶带大巷从扩区出煤巷开口，位于Ⅷ砂岩下部，巷道在掘进中将穿过Ⅷ砂岩进入Ⅸ砂岩。主要穿越地层为一套砂岩、砂质泥岩、粉砂岩及泥岩互层体，其中巷道掘进将穿过Ⅷ、Ⅸ砂岩含水层，含水层厚度平均2.5 m。受断层、陷落柱以及其他可能遇到的地质构造影响，该区域含水情况复杂，预计最大涌水量为90m3/h，正常涌水量为50m3/h，并且水压较大，受裂隙带以及地表季节性河流影响，局部地区可能出现突水等灾害。胶带大巷顶底板砂岩膨胀系数大、软化程度较高，导致巷道两帮移近量大、底鼓严重。由于巷道宽5.74m，直墙高1.50m，为大断面巷道，支护难度较大，并且巷道在掘进中局部地段淋水可能增大，严重影响施工质量。 

　　2 巷道支护情况 

　　耙斗装岩机出渣时巷道采用分次成巷施工的顺序进行掘进。首先掘进巷道拱部，巷道直墙留下1.0～1.5m掘进50m进行一次拉底。现根据巷道的围岩性质、强度以及受含水层影响程度，通过支护强度的校核并结合该矿以往工程实践经验，综合确定扩区中央胶带大巷采用高预应力树脂加长锚固锚网索联合支护系统。 

　　2.1 临时支护 

　　锚网支护巷道永久支护到工作面最大空顶距为1.3m、最小空顶距为0.2m，掘进时要及时进行临时支护，控制好顶板。掘进工作面与永久支护之间必须采用金属前探梁进行临时支护，前探梁采用3根长度不小于3m、直径为76mm的空心钢管，均匀布置并垂直于工作面，每根用不少于2副前探梁卡固定在永久支护上。当顶板破碎时，要采用戴帽木点柱进行临时支护。 

　　2.2 永久支护 

　　2.2.1 拱顶支护 

　　①锚杆形式和规格：锚杆杆体由SMG500左旋无纵筋螺纹钢筋制成，规格为？�22 mm×2400 mm，杆尾螺纹为 M24。②锚固方式：采用2支树脂锚固剂加长锚杆，规格分别为K2335和Z2360，锚固力为190 kN，钻头直径为30 mm。③钢筋托梁：采用？�16 mm的钢筋单筋焊接而成，宽80 mm，拱顶钢筋托梁长4100 mm。在安装锚杆的位置处焊2段纵筋。④锚杆配件：采用高强锚杆螺母 M24，配合高强托板调心球垫和尼龙垫圈，托板采用拱形高强度托板，承载能力不低于255kN。⑤网片规格：采用金属网护顶，材料为10#铁丝，网孔规格50 mm×50 mm，网片规格4600 mm×1200 mm，网片搭接100 mm，用16#钢丝连接，要求双丝双扣，孔孔相连。⑥锚杆布置：锚杆间排距950 mm×1100 mm，全断面每排13根锚杆。锚杆预紧扭力矩要达到400N・m，但禁止超过550N・m。锚杆全部垂直岩面打设，考虑到施工需要，允许5°误差。⑦锚索形式和规格：锚索采用18.9 mm、17股高强度低松弛预应力钢绞线，长6300 mm，极限破断拉力为400 kN，延伸率4%，配合高强度索具和可调心托板，采用1支K2335和2支Z2360树脂锚固剂锚固。⑧锚索托板：采用300 mm×300 mm×16 mm高强度可调心托板，承载能力不低于550kN。⑨锚索矩形断面布置：每隔1排打3根锚索，排距2200 mm，间距1900 mm，全部垂直岩面打设。锚索预紧力要求不低于250 kN。 

　　2.2.2 巷帮支护 

　　①锚杆形式、规格及锚固方式与拱顶支护相同。②钢筋托梁：采用？�16 mm的钢筋单筋焊接而成，宽80 mm，长3100 mm。在安装锚杆的位置处焊上下两段纵筋。③锚杆配件：采用高强锚杆螺母 M24×3，配合高强托板调心球垫和尼龙垫圈，托板采用拱形高强度托板，承载能力不低于255 kN。④网片规格：采用金属网护帮，材料为10#铁丝，网孔规格50 mm×50mm，网片规格3400 mm×1200mm。用16#钢丝连接，网片搭接100mm，双丝双扣，孔孔相连。⑤锚杆布置：锚杆排距1100 mm，间距950mm。锚杆预紧扭矩要达到400N・m，但禁止超过550N・m。 

　　2.2.3 喷射混凝土 

　　由于中央胶带大巷属于永久性巷道，服务年限长，为了减小含水层对巷道支护的影响，快速封闭巷道表面的节理裂隙，阻止表面风化并向内部延伸，提高围岩的自稳作用，要求在胶带大巷成型后及时进行喷射混凝土作业封闭表面裂隙。根据巷道所处位置的地质条件、围岩具体情况及顶底板充水特性，设计中央胶带大巷喷射混凝土的厚度均为120 mm。①水泥：结合实际情况选用凝结硬化快、保水性好、早期强度增长快的P.O 42.5普通硅酸盐水泥。为了保证支护效果，过期和失效的水泥均不得使用。②砂子：采用常见的中砂或粗砂，细度模数应大于2.5，含水率控制在5%～7%，含泥量不得大于3%。③石子：采用坚硬耐久的卵石或碎石，粒径应不大于15 mm。④水：凡能饮用的自来水及洁净的天然水均可作为喷射混凝土混合用水。 

　　3 矿压观测及结果分析 

　　为了了解支护设计的支护效果，及时进行验证和完善，以保证胶带大巷在使用期间的安全生产。在中央胶带大巷中设立3个综合测站，巷道掘进100 m后设置第1个综合测站，包括2个巷道表面位移监测断面，1个顶板离层监测断面，1个锚杆锚索受力监测断面。掘进600 m后设立第2个综合测站，掘进至1500 m时设立第3个测站。 

　　根据对试验段测站的连续观测记录数据，并进行处理，其中测站1和测站2的巷道围岩变形情况如图1所示。 

　　从图1巷道表面位移量监测数据可以看出，测站1巷道两帮移近量最大为408.3 mm，巷道顶底板移近量最大为248.2 mm；测站2巷道两帮移近量最大为368.7 mm，巷道顶底板移近量最大为259.4 mm。在巷道掘进初期，巷道两帮变形速度较大，但随着时间增加及距掘进面距离的增大，巷道围岩逐渐稳定，巷道两帮移近速度和顶底板移近速度都大幅度减缓，在距掘进面80 m左右巷道变形逐渐趋于稳定。 

　　4 结束语 

　　巷道围岩控制一直是采矿技术研究的重要课题之一，本文结合工程实践，介绍了大断面巷道过含水层的支护技术。通过采用二次支护技术，并在永久支护中采用锚杆-锚索-喷浆联合支护技术，取得了较好的支护效果。通过对支护后的矿压进行观测，发现巷道变形量较小，能够满足生产的需求。 

　　【参考文献】 

　　[1]胡滨，康红普，林健，等.风水沟矿软岩巷道顶板砂岩含水可锚性试验研究[J].煤矿开采，2011（1）. 

　　[2]李志深，孙广京，刘金海，等.深井大断面煤巷围岩控制技术[J].煤炭科学技术，2012（9）.