大断面硐室锚网喷联合支护实践与认识

1、第25卷第2-3期2004年6月建井技术MINECONSTRUCTIONTECHNOLOGYVol125No12-3Jun12004大断面硐室锚网喷联合支护实践与认识郑厚发,张剑,陈亚军(中国矿业大学(北京校区)资源与安全工程学院,北京,100083)摘要:以鸣山煤矿-600m北翼副暗斜井绞车房为例,介绍了两次锚网3稳定,取得了良好的支护效果,关键词:锚网喷联合支护;中图分类号:B6029(2004)02-3002303布。由于巷道跨度较大,巷道拱顶易出现较大范围的拉应力区。当顶部岩石破碎时,易出现漏顶现象。如果不及时支护,就会发生大范围漏顶甚至发生冒顶事故。同时由于硐室开挖断面大,受采动影响

2、时,会发生应力集中,支承压力峰值较高。因此,硐室施工一般采用“先柔后刚,先让后抗”的支护原则。根据大断面硐室围岩变形较大的特点,最好是采用锚网喷联合支护来提高围岩自撑能力,保证巷道围岩长期稳定。具体做法及支护机理如下:硐室开挖后,初喷薄层混凝土,及时封闭松散围岩,充填裂隙和层理,增大松散岩体的粘结力。一次锚网喷后,锚固区域内的岩体便成了具有自身承载能力的锚固体。一次锚网喷支护既能发挥锚杆和金属网加固围岩,提高围岩强度的作用,又能利用金属网和薄喷层的柔性,允许围岩适当变形,达到围岩卸压和释放部分变形能的目的。待一次支护稳定后,再次锚网喷,增大锚杆密度、长度和喷射混凝土厚度,使锚固体厚度加大,进一

3、步提高围岩强度和整体稳定性,充分发挥围岩自身承载能1工程概况鸣山煤矿为设计生产能力20万t/a的小型矿井,立井暗斜井多水平分区式开拓方式,立井只到一水平(-150m),暗斜井从一水平到三水平(-450m)。-600m北翼副暗斜井是该矿四水平开拓延深工程,井筒全长438m,坡度20°。副暗斜井绞车房掘进规格为1110m×1016m×617m(长×宽×高),半圆拱形断面,掘进断面积58m2,掘进体积638m3,属于特大断面硐室。绞车房布置在官山段B3煤层底板中,标高-450m,围岩以钙质胶结的细粉砂岩和泥质胶结的砂质页岩为主,普氏系数f=46,中等

4、稳定;但其拱顶左侧上部有一落差约20m的正断层穿过,受到层理裂隙发育、松散破碎、胶结性较差的菊石页岩威胁,围岩稳定性差,支护较困难,成了矿井延深工程中的主要技术难题之一。因此,选择合理的支护方式和支护参数是绞车房硐室施工成功的关键。2支护方案的选择211大断面硐室支护机理大断面硐室开挖后,围岩应力重新分收稿日期:2004041524建井技术2004年第25卷力;同时利用喷射混凝土对巷道表面填凹补平,既可以保证巷道成型规整,又可以防止围岩应力集中。212支护方式绞车房原设计支护方式为混凝土砌碹,厚400mm,壁后充填130mm。这种支护方式为该矿井大断面硐室传统支护方式,虽然支护强度大,整体性较

5、好,服务时间长;但施工速度慢,工期长,支护成本高,安全可靠性差,且受动压影响时易掉碹空顶,不利于维护等缺点很明显。考虑水平接替紧张,等具体情次术证,决定改革传统支护方式,采用锚网喷联合支护新技术,以加快施工速度,在保证工程质量和安全可靠的前提下降低支护成本,提前完工,提前投入使用,为开拓工程服务。213支护参数通过理论计算和工程类比确定支护参数。初喷混凝土厚度确定为50mm。一次锚网喷锚杆规格为<20mm×2000mm,材质为螺纹钢,间排距均为800mm,树脂药卷端头锚固;金属网规格为2000mm×1000mm(长×宽),用<615mm钢筋焊接而成,网

6、格尺寸100mm×100mm,网片搭接长度200mm;喷射混凝土厚度为80mm。二次锚网喷锚杆规格为<22mm×2500mm,与一次锚网喷锚杆呈三花眼形布置;120mm(,);其他。3311施工工序根据绞车房自身特点及其与相邻巷道的位置关系,确定施工工序如下:(1)根据运输路线,绞车房施工只能从拱墙一侧开始,即沿提升中心线方向施工,而不是沿巷道中心线方向。因此先按照B-B剖面(见附图)将硐室分成上下和两层,先施工上层部分,再施工下层部分。附图绞车房施工示意(2)施工上层部分时,按照B-B剖面所示,将其分成左、中、右3段A、B和C,先施工中间段B,形成上层出矸系统;再施

7、工A和C段。(3)施工下层部分时,也分成左、中、右3段D、E和F,先施工中间段E,与临时绞车房贯通,形成良好的通风和运输系统;再施工D和F段。第2-3期郑厚发等:大断面硐室锚网喷联合支护实践与认识25312掘进支护工艺按照施工工序,先施工上分层部分中间段B。由于是沿着与巷道中心线垂直的方向(即提升中心线方向)掘进,受到硐室上部拱形边界的限制,对其掘进支护方法要求较高。该段掘进方法如附图A-A剖面所示,先从拱墙一侧底部倾斜向上掘进1个溜矸眼(坡度),至巷道中心线时,转为平巷掘进,采用循35°环进尺为1m和掘进高度渐降的方法控制打眼放炮,防止超挖。每循环掘进后,进行挑顶刷帮,形成拱形。初

8、喷和一次锚网喷紧跟工作面。B段一次锚网喷完毕后,施工A段。A例,沿巷道中心线分成宽度相等的两部分A1和A2(见附图)施工,掘进宽度均为513m,掘进方法相同,都是先从中部掘进1条断面尺寸3m×3m的巷道,再采用控制炮眼长度和装药量的方法挑顶刷帮。尤其是在拱形帮一侧,采用炮眼深度随巷道高度增加而逐渐减小的方法打眼放炮,防止超挖。少量欠挖处用风镐或手镐刷帮。初喷紧跟工作面。挑顶刷帮成形后,及时进行一次锚网喷支护。待A、B、C三段一次锚网喷支护稳定后,再进行全分层锚网喷支护,直至达到设计要求为止。下分层部分相对于上分层部分施工较容易。先掘进中间段E,直到与临时绞车房贯通。初喷和一次锚网喷紧

9、跟工作面。D段和F段掘进、支护方法同A、C段,都是先分为两部分,再从中部开挖1条巷道,最后挑顶刷帮至设计规格(具体掘进方法参见A段)。初喷和一次锚网喷紧跟工作面。待下分层一次支护稳定后,进行全分层锚网喷支护,直至达到设计要求为止。4支护效果该绞车房经过115个月左右时间施工,于2002年9月完工,并顺利通过了局、矿两级验收组验收,工程质量各项指标均达到了设计要求,开始投入使用。投入使用后1年多,巷道未出现脱皮掉壳、穿裙吊脚、顶板开裂、片帮等破坏现象,锚杆受力均匀,无失效锚杆,巷道成型仍然规整,围岩处于稳定状态,5(1)绞车房硐室如果采用砌碹支护,由于劳动强度大、施工工期较长,预计需要90d左右才能完工。而采用锚网喷联合支护,施工工期仅115个月左右,工期明显缩短,仅人工费一项就节省了约115万元。(2)综合考虑临时支护费、材料运输费、材料消耗费等费用,硐室锚网喷联合支护成本比砌碹支护降低约2218%。6结语在特大断面硐室施工中,采用锚网喷联合支护替代传统的砌碹支护,不仅能够加快施工速度,保证工程质量和施工安全,还能降低支护成本,减轻工人劳