锚网索喷联合支护技术在大断面软岩车场施工中的应用

锚网索喷联合支护技术在大断面软岩车场施工中的应用摘要：在煤系地层奥陶系石灰中，当掘进工作面正头出现全断面塌陷，塌陷区内岩石风化严重，岩层混乱，混有大量煤屑、黄泥，属极松软岩层，围岩随放炮跨落，施工及支护非常困难时，针对以上情况，通过合理的计算及摸索实践，进行了支护方式的优化，解决了困扰施工的诸多问题，实践证明，通过支护方式的优化，技术上是可行的，经济上是合理的，这种成功的支护方式，值得在煤矿岩巷软岩掘进施工中进行推广应用。

Abstract:Inthecoalstrataordovicianlimestone,whenthetunnelingfacepositiveheadappearswholesectionscollapse,therockweatheringincollapseregionisserious,rocklayerisorderless,anditismixedwithalargenumberofcinderandyellowmud,itbelongstoverysoftrock,thesurroundingrockisfallingoffwithblasting,sotheconstructionandsupportisverydifficult.Fortheabovecase,throughthereasonablecalculationandexplorationpractice,thispaperoptimizedthesupportwaystosolvethemanyproblemsplaguedtheconstruction.Thepracticeprovedthatthesupportingwayoptimizationwastechnicallyfeasibleandeconomicallyreasonable.Thissuccessfulsupportwayisworthtopromoteinthecoalminerockroadwaysoftrockexcavationconstruction.

关键词 ：锚网索联合支护；大断面；软岩；技术应用

Keywords:steelmeshandanchorcombinedsupport；largesection;softrock；technologyapplication

中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：1006-4311（2024）21-0139-02

0引言

王石凹煤矿650东Ⅲ大巷布置在煤系地层奥陶系石灰中，当掘到车场位置时工作面正头出现全断面塌陷，塌陷区内岩石风化严重，岩层混乱，混有大量煤屑、黄泥，属极松软岩层，围岩随放炮跨落，施工及支护非常困难。该煤矿采区车场大断面软岩支护，原来为砌碹支护和U型钢支护，巷道压力大，变形严重，返修率高，巷道维修不安全因素多，影响正常安全生产，导致成本升高。在此种不利的情况下，矿井经过多方论证，提出针对采区车场大断面软岩段，采用锚网索喷联合支护技术，改原来被动支护方式为主动支护方式，试图通过支护方式的优化，解决此段巷道遇到的支护难题，从而提高巷道的承载能力，减少巷道的变形量，力争实现此段巷道少返修，甚至不返修，并且为类似条件下的巷道支护积累经验。

1工程概况

王石凹煤矿650东Ⅲ大巷，据地质资料分析该段巷道存在一处塌陷区，直径100m，影响范围较大，东Ⅲ采区设计装煤方式为大巷式煤车场，采区巷道布置设计要求煤车场必须通过塌陷区。软岩区域支护方案成为塌陷区掘进的关键，车场大断面软岩传统支护方式为料石整体砌碹及架工字钢u棚等被动支护方式。传统支护方式，虽能控制围岩，但施工进度缓慢，安全无保证，投入大，成本高。该矿在车场大断面软岩施工中充分利用松动破碎岩石的自身承载能力，采用锚网索喷联合支护方式，施工较顺利，取得了较好的支护效果，同时获得了良好的经济和社会效益。

2巷道断面及支护设计

车场断面设计为三心拱，毛断面14.7m2净断面为12.57m2。巷道毛高3.5m，毛宽4.7m。支护方式为锚杆、金属网、桁架，喷混凝土，锚索加强支护联合支护方式。

①锚杆的作用：锚杆形成承载基础，既然锚杆支护无法阻止深层岩体的松动，那么也无须特别提高顶板支护强度，只需把锚杆的延展性、抗拉强度、抗剪强度的优越性充分发挥出来即可，锚杆锚固厚度小，锚固体扩容变形量相对较小，扩容应力相应也较小，利用金属锚杆端头锚固，可满足松软顶板岩层锚固体的扩容变形和扩容应力，形成初期支护阶段的顶板挤压加固拱平衡状态。

②锚索的作用：锚索形成稳定承载体，利用钢绞线锚索预应力对岩体挤压加固作用，使锚索与锚固支护作用相互促进、相互补强。锚索有很好的延展性和抗拉强度，使锚索形成的锚固岩体在巷道顶板中部形成一条强度大，结构稳定的承载体。锚索锚固点处在巷道松动圈之外，增加了顶板承载体的稳定性。锚索布置在两排锚杆之间，增加了支护密度，锚索的高延展性、高强度，进一步提高了承载体的强度、塑性和抗弯曲破坏能力，提高了承载体的自稳能力。

③金属网的作用：金属网能够托住挤入巷道轮廓的破碎岩石，将锚杆之间非锚固岩层载荷传递给锚杆，有效地控制锚杆之间非锚固岩层的变形；金属网能托护住已碎裂的岩石，防止碎裂岩体的跨落，巷道围岩虽已破裂，由于碎石的碎胀作用，巷道深部的岩石仍保持三向应力状态，大大提高了岩体的残余强度。

3断面支护参数选择及验算

锚杆用?准14mm圆钢自制，规格?准14×2000mm，反麻花端头锚固，锚固长度400mm。每根锚杆用2卷kzzk2535树脂锚固剂，矩形布置，间排距700×700mm；桁架用?准14mm圆钢自制，长2700mm宽60mm,金属网规格10m×1m，12#铁丝网制，孔径50×50mm；锚索用?准15.24mm×6300mm高强度低松弛钢绞线，每根锚索用4支z2350型锚固剂，锚索托梁用矿用11#工字钢制作，长500mm。锚索间排距1600×1600mm。

支护验算：

①锚杆参数计算：

1）锚杆长度计算：L=KH+L1+L2式中：L——锚杆长度，m；H——冒落拱高度，m；K——安全系数，取2；L1——锚杆锚入稳定岩层深度，取400mm；L2——锚杆在巷道的外露长度，取10-40mmm。

其中：H=B/2f

式中：B——巷道开掘宽度，取4700mm；f——岩石坚固性系数，相当软的岩石取2。

那么H=B/2f=4700/2×2=1175mm

则L=1175+400+40=1625mm

2）锚杆间排距计算：

通过以上计算，顶板锚杆选用金属锚杆，规格?准14mmL=2000mm。

②计算锚索长度及间排距：

1）锚索长度确定：L=L1+L2+L3+L4

式中：L——锚索总长度，m；L1——锚索伸入到稳定岩层的锚固厚度，m；L2——需要悬吊的不稳定岩层厚度，m；L3——托梁及锚具的厚度，150mm；L4——需外露的张拉长度，取150mm-250mm。

按GBJ86-1985要求，锚索锚固长度按下式确定：

L1?芏kd1fa/4fc

式中k——安全系数，取2；d——锚索钢绞线直径=15.24mm；fa锚索与锚固剂的粘合强度，取10N/Mmm2；那么L1?芏2×15.24×1883.52/4×10=1.435mL=1.44+4.26+0.15+025=6.2m。

2）锚索间排距：N=k×W/P断式中：N——锚索数目；k——安全系数，取2；P断——锚索最低破断率，268.5kN；W——悬吊岩石自重kN。

W=B×Σh×Σr×D

式中：B——巷道掘进宽度4700mm；Σh——悬吊的不稳定岩层厚度，4260mm；Σr——悬吊岩石平均容重25.48kN/m3；D——锚索间排距，取不大于锚索长度的1/2即1600mm。

则W=4.7×4.3×25.48×1.6=823.9kN/m

N=KW/P断=2×823.9/268.5kN=6根/m。

4施工技术管理

锚杆支护掘进的劳动组织形式多种多样，该矿采用边掘边支（即当班打眼放炮破岩，当班打锚杆支护），这样可及时控制顶板离层和下沉，每天两个循环，前两个班掘进打锚杆，第三班补打锚杆、紧固锚杆螺母、喷射混凝土。临时支护为（锚杆、金属网、桁架），紧跟正头，距正头不大于700mm。永久支护为为喷射混凝土，距正头不大于2400mm。打锚杆时在正头拱顶、左右肩窝三个部位各打三根戴帽单体液压点柱，做为打锚杆时的临时支护。在支护下从外向里、先顶后帮，敲帮问定捣掉活矸，按中腰线及设计断面，修正断面。点号锚杆眼位，先帮后顶依次打锚杆。锚杆角度≧750，拱顶锚杆眼必须用锚索机打眼，保证锚杆眼与顶板成900夹角，锚杆外露10＜L＜40mm，间排距误差±100mm。安装锚杆前必须检查孔深、角度是否合适，然后用吹风管吹净孔内粉尘水珠，无误后安装锚杆。金属网长短边压茬宽度均不小于200mm，压茬边沿用10#铁丝间隔200mm绑扎。喷射混凝土前先检查锚杆螺母是否上紧，金属网、桁架是否紧贴岩壁，用高压风管吹净岩壁粉尘，初喷50mm复喷达到100mm。混凝土凝固后打锚索加强支护，距正头最大距离6000mm。

5支护效果及经济效益分析

①采用锚喷、锚索支护巷道围岩由被动支护变主动支护，有效地控制围岩下沉变形，施工方便简单，永久支护能紧跟工作面正头，较好地实现一次成巷；砌碹支护施工组织复杂，劳动强度大，不能一次成巷。架工字钢U型棚，永久支护不能紧跟正头，巷道围岩得不到及时支护控制，放炮崩倒棚子，反复维修棚子，造成顶板离层下沉量增大，甚至塌矸冒顶。②锚网喷支护施工工艺简单，操作方便、迅速、安全，架棚支护，工序多，操作繁琐，劳动强度大。锚网喷支护工效0.084m/工，架棚支护工效0.056m/工。③锚网喷支护与架棚相比节约材料成本，锚网喷材料成本1350元/m，架U型棚材料成本4374元/m。

6结论

实践证明，塌陷区软岩车场大断面掘进，采用锚网索喷联合支护在技术上是可行的，经济