巷道聯合支護技術研究與應用

      1 工程概況
　　 采區(qū)回風下山、采區(qū)回風巷、采區(qū)總回風巷：主要擔負采區(qū)回風任務，設計三條巷道均沿3上煤頂板掘進，回風下山全長830m;采區(qū)回風下山在采區(qū)皮帶下山上變坡點附近向西拐彎改為采區(qū)總回風巷，平行于6301工作面順槽，施工1730m后拐彎，與四采南部軌道運輸巷平行布置，間距30m，最后與礦井西翼總回風巷貫通，形成采區(qū)回風系統，采區(qū)總回風巷全長2620m;采區(qū)回風下山在采區(qū)下部車場附近拐彎后改為六采回風巷，全長2020m。六采區(qū)內主要含水層自上而下可劃分為：第四系砂層、砂礫層孔隙含水層，侏羅系上統蒙陰組砂巖孔隙裂隙承壓含水層，二疊系山西組3上煤頂、底板砂巖裂隙承壓含水層，石炭系太原組第三層灰?guī)r、第十下層灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層，石炭系本溪組第十四層灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層，以及奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層。
　　2 破壞機理
　　 巷道埋深大，掘進過程中圍巖應力重新分布，巷道變形量大，尤其在過斷層后，頂底板相對位移量較大達到350mm，為保證通風斷面需進行挑頂維修。巷道圍巖變形持續(xù)時間較長，該巷道巖體具有明顯的流變性，巷道在每月觀察中均存在錨索壓折或錨桿盤壓掉的現象，巷道圍巖的穩(wěn)定性并沒有得到有效的控制。巷道初期變形量較大，巷道建成初期，一周之內巷道收縮量達到400mm，不能起到應有的支護效果。
　　3 巷道支護
　　3.1 支護方案
　　 根據礦壓資料的分析、巷道層位關系和工程類比法確定：巷道采用錨網噴+錨索梁+U36鋼棚+錨索梁+注漿的聯合支護方式。錨網噴+錨索梁為一次支護，U36鋼棚+錨索梁+注漿為二次加固支護。
　　 采區(qū)回風下山支護斷面為U36鋼棚支護斷面。一次支護凈斷面為：凈寬×凈高=5700mm×4350mm，二次支護凈斷面為：凈寬×凈高=5000mm×4040mm;巷道掘進斷面S掘=21.9m?，巷道支護S凈=17.5m?。
　　 永久支護參數的確定：
　　 根據工程需要一次支護斷面為凈寬5700mm×凈高4350mm半圓拱形斷面，二次加固采用規(guī)格為5000mm×4040mmU36鋼棚支護。
　　 錨桿支護利用工程類比法及現場經驗選擇端錨固法加固頂板，按加固拱原理計算：
　　 錨桿長度取3m、錨桿直徑取20mm、錨桿間距取0.7m、錨桿排距取0.7m。
　　 根據以上計算：
　　 一次支護采用Φ20mm×3m右旋等強錨桿，間排距700×700mm，
　　K2360和Z2360錨固劑各一卷進行錨固，Φ6鋼筋網，Φ12mm鋼筋梯子梁。頂部施工5排錨索托梁（由巷中向兩側均勻布置），間排距1.4m×1.4m，錨索Φ21.6mm×12m，每根錨索采用一卷K2360和三卷Z2360進行錨固，托梁采用12#工字鋼加固，梁長2.3m，噴C15砼，厚度50mm。
　　 二次支護采用U36鋼棚，棚腿扎角1.5°，棚距700mm（搭接600mm、使用3道卡纜）均勻布置5道筋笆力，背棚時預埋3排T型灌漿管，間排距3.0m×2.8m，拱頂向兩側均勻布置。架U36鋼棚后，采用6排錨索托梁鎖棚，間排距2.1m×1.4m，錨索為Φ21.6mm×12m，每根錨索采用一卷K2360和三卷Z2360進行錨固，托梁采用12#工字鋼加固，梁長2.3m。錨索梁施工后，進行噴C15砼，厚度以覆蓋U36鋼棚外沿為準。
　　 噴漿后方可進行灌漿加固，灌漿時先底部后拱頂，灌漿使用425#水泥，水灰比（質量比1.25：1～1：1），灌漿壓力不得小于1.5Mpa。巷道灌漿后，進行注漿加固。一次注漿采用Φ26×2000mm注漿錨桿，間排距2.5×2.8m;二次注漿采用Φ26×2800m注漿錨桿，間排距2.5×2.8m，注漿采用425#水泥，水灰比（質量比1.42：1），注漿壓力不得小于3.5Mpa;注漿順序由巷底至拱頂。
　　3.2 關鍵技術措施
　　 （1）灌漿孔、注漿孔。灌漿孔利用架棚期間預留灌漿管;注漿孔按照設計要求，先對巷道進行打眼，并把注漿錨桿固定到所打孔眼內，根據每班注漿情況，確定本班打注漿錨桿數量，原則上同列錨桿一次可注4根，同排錨桿的注漿順序由巷道下部至拱頂。
　　 （2）注漿工藝流程。把水泥和水倒入儲液箱內，使用人工或機器進行攪拌，邊攪拌邊進行注漿。注漿地點與拌料地點間距不得低于5m，注漿人員及拌料人員原則上站在施工地點的巷道上方進行作業(yè)，然后由注漿泵吸入泵內，通過注漿錨桿（灌漿管）壓注到巷道壁后。
　　4 支護成效分析
　　 （1）支護效果。采用“錨網索噴+U型棚支架+滯后注漿”后，巷道收縮變形量較小，頂底板變形量和兩幫收縮變形量分別小于125mm和100mm，采區(qū)回風下山連續(xù)4個月內基本上未發(fā)生變化。
　　 （2）巷道支護經濟效益。采區(qū)回風下山采取原有的支護方式，巷道每米的材耗為3700元，巷道每米的程造價為6500元，巷道每米投入為10020元。同時巷道后期新進行人工挑頂及重新錨網支護每米材耗為1400元，每米修巷的工程造價為1200元，按照修巷+原有巷道支護共計投入13620元/m。采用新型的支護方式每米的材耗為5000元，巷道每米的工程造價7214元，合計投入為12214元/m，同時后期投入大量人工進行修復，工期受到相應的影響。巷道設計投入量每米較少1406元，巷道設計為650m，累計少節(jié)約投入費用為913900元。
　　　結語
　　 錨網索噴+U型棚支架+滯后注漿的聯合支護方式控制了巷道圍巖的穩(wěn)定性，滯后注漿的成功應用，大幅改善圍巖的應力狀態(tài)，巷道圍巖變形量和變形速率得到了有效控制，保障了巷道的安全正常使用。