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二次锚网喷支护在泉店煤矿修复巷道中的应用
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内容提示：通过分析神火集团泉店煤矿东翼轨道大巷破坏的形态和机理，查找破坏的规律，研究支护结构的强度和稳定性，认为在注浆充填围岩裂隙后，再二次锚网喷支护能够达到的较好修复效果，值得推广应用。
摘要：通过分析神火集团泉店煤矿东翼轨道大巷破坏的形态和机理，查找破坏的规律，研究支护结构的强度和稳定性，认为在注浆充填围岩裂隙后，再二次锚网喷支护能够达到的较好修复效果，值得推广应用。
关键词：破坏形态 机理 注浆充填裂隙 二次锚网支护
0 引言
泉店煤矿是河南神火集团公司的在建矿井，矿井年设计生产能力120Mt/a，服务年限50.69a，区域地层属华北地层区嵩箕小区，该区位于华北板块南部，属嵩箕构造区嵩箕断隆东南端之许禹背斜南翼，覆盖层厚度约440米，采用主、副、中央风井单水平上下山开采。
由于受附近断层构造应力的影响，造成部分岩巷围岩处于高应力区，另外，岩石力学强度较低，完整性较差，并且，在断层附近的岩体结构遭到破坏，裂隙较发育，强度较低；在砂岩与泥岩层过渡处，为砂泥岩互层；而铝土质泥岩遇水膨胀，易造成底鼓。因此，矿井的不少巷道在处于高应力区的破碎围岩条件下，支护条件较差，出现了不同程度的破坏。
1 东翼轨道大巷的变形概况及围岩稳定性分析
1.1 断面设计和支护方式 泉店煤矿东翼轨道大巷标高为-540m，距离地表深度约660米。矿井主采煤层为山西组下部的二1煤层，煤层厚度3.77～8.04m，平均厚5.91m。煤层伪顶在井田内零星分布。直接顶板以砂质泥岩，粉砂岩为主，约占全井田面积的60%，厚度一般1.5～5m，RQD值在0～85.2%；泥岩顶板次之，厚度一般1～3m；砂岩顶板主要分部在7～9勘探线之间和DF04断层两侧，面积不足全井田面积的10%。老顶以细粒、中粒大占砂岩为主，厚度0～12.33m，一般在2m以上，抗压强度34.7～58.0MPa，RQD值在50～91.4%。伪底在全区零星分布，面积不大。直接底板主要为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，局部为细粒砂岩或中粒砂岩，厚度0.60～35.49m，一般2～5.50m，岩石致密，抗拉强度0.67～2.80MPa，RQD值在26～94.4%。
东翼轨道大巷位于主采煤层顶板，其围岩多为穿层布置，岩性不一，多为泥质砂岩、灰岩、泥岩、页岩，破碎、裂隙发育，局部岩层有方解石脉充填，部分材料车线围岩还有薄煤线夹层。
设计为拱形断面，初次支护采用锚网喷支护，金属网片为φ6mm钢筋加工的100×100mm方格网，脂锚锚杆杆体直径为Φ20mm，锚杆间排距700×700mm，喷层厚度为150mm，拱部采用5根锚索支护φ18.9×8000mm。
1.2 东翼轨道大巷围岩变形破坏情况及原因分析 根据1~5个月的观察分析，在距离迎头30~40米以内变形不明显，可是，在40米以后的局部区段出现了较大的变形，喷层严重开裂掉块，巷道断面缩小、底板起鼓、锚索拉断、岩体破碎圈增大（轮廓线以外4.2米），从检测结果分析，巷道周围岩体破碎，黏结力几乎为零，内摩擦力大为降低，围岩变形严重，特别是拱部的肩部以下严重变形，实测结果为：顶板下沉量达到200~300mm、底鼓量达到350~700mm，两帮移近量达到300~700mm，其顶底板移近最大速度可达2mm/d左右，两帮移近量可达到2.5mm/d；尽管施工已数月有余，但围岩变形尚未稳定，围岩的变形已严重影响永久支护的整体强度和稳定性，并将影响运输。
分析认为，巷道变形破坏是多种因素共同作用的结果，其破坏原因主要有：①地应力大，构造应力较复杂； ②围岩松软，整体性差；③支护强度不够。
1.3 巷道破坏的形态及修复机理
1.3.1 巷道的破坏形态 巷道的破坏形态主要有以下几种：①剪切破坏：主要发生在巷道的拱基，表现为喷体脱落等；②拉伸破坏：主要发生在巷道的直墙正顶及下帮的肩窝处，表现为喷体破断、脱落等③单向受压破坏：主要发生在上帮直墙上部，造成喷体片状脱落或压碎；④收缩变形破坏；主要发生在巷道的弱面位置。
1.3.2 注浆充填巷道围岩的松动圈 通过及时地对支护体以外的围岩裂隙注浆，参数选择：压力4~6Mp,注浆孔深度2.5米，注浆孔间排距2.0米，水灰比1：0.7，能够充填巷道支护体以外的围岩裂隙，提高裂隙圈以内的围岩整体性。
1.3.3 二次锚喷支护作用机理 二次锚网喷的作用机理：通过二次锚网，使初次支护体和注浆后的破裂岩石复合，使围岩介质的承载能力增强，并具有一定的抗变形能力，使巷道抗失稳能力增强。
2 修复的时机
修复支护技术的关键是如何对破碎松动围岩加固补强及如何确定支护时机，如果支护时机掌握不好，如巷修的支护时间太早，在围岩剧烈活动期，在高地压尚未重新分布完毕之前进行，则支护效果不佳，一般支护手段很难保证巷道支护完好。如支护时间太迟，待变形严重后修复，巷道的有害变形将会加剧，巷道冒顶的可能性增强，围岩破碎松动的范围将加大，给修复工带来极大地困难，不但成本增加，安全性也没有保证，因此，合理确定支护时机是巷道修复的一个关键问题。
深部地压作用破坏时，最佳时机按巷道矿压观测资料确定，通过对巷道围岩表面位移观测，绘制出巷道变形曲线。其变形速度达到最大值时，表明巷道围岩受力最大，此后压力减小（但变形不停止)。此时，如巷道支护强度能抵抗破坏外力，巷道不破坏；如巷道支护强度相对较弱，巷道出现变形、喷体出现片状或鳞状剥落，此时便是最佳支护时机的临界点，可进行巷道修复工作。
3 二次锚网喷支护修复技术
3.1 支护要求 巷道断面：在初次支护时留出300mm的让压空间，根据巷道变形情况，确保注浆和二次锚网喷支护后的巷道净尺寸满足通风、行人和运输等需要。
3.2 锚喷支护修复施工工艺
3.2.1 施工方法：根据围岩条件、失修状况，以及现有施工条件，采用初次锚网索喷体支护（喷厚50~70mm）让压，超前把变形区域内的围岩封闭，注浆充填围岩裂隙后，再二次锚网，锚杆和金属网规格同初次支护的参数，最后挂线复喷成型作为永久支护。
3.2.2 施工顺序：控制扒渣机距离迎头不超过30m，在移动扒渣机后，及时进行注浆，充填初次支护体以外的破碎围岩裂隙，然后二次锚网变形部位，尤先处理拱部，最后挂线复喷成巷。
4 二次锚网喷支护修复效果分析
采用二次锚网喷支护施工后，控制了高应力条件下的巷道变形量和失修率，对断面收敛情况进行了量测，巷道断面收敛量均比加固前减小了80%以上，支护效果良好。 来源: 《建筑中文网》.
关键词：破坏形态 机理 注浆充填裂隙 二次锚网支护
0 引言
泉店煤矿是河南神火集团公司的在建矿井，矿井年设计生产能力120Mt/a，服务年限50.69a，区域地层属华北地层区嵩箕小区，该区位于华北板块南部，属嵩箕构造区嵩箕断隆东南端之许禹背斜南翼，覆盖层厚度约440米，采用主、副、中央风井单水平上下山开采。
由于受附近断层构造应力的影响，造成部分岩巷围岩处于高应力区，另外，岩石力学强度较低，完整性较差，并且，在断层附近的岩体结构遭到破坏，裂隙较发育，强度较低；在砂岩与泥岩层过渡处，为砂泥岩互层；而铝土质泥岩遇水膨胀，易造成底鼓。因此，矿井的不少巷道在处于高应力区的破碎围岩条件下，支护条件较差，出现了不同程度的破坏。
1 东翼轨道大巷的变形概况及围岩稳定性分析
1.1 断面设计和支护方式 泉店煤矿东翼轨道大巷标高为-540m，距离地表深度约660米。矿井主采煤层为山西组下部的二1煤层，煤层厚度3.77～8.04m，平均厚5.91m。煤层伪顶在井田内零星分布。直接顶板以砂质泥岩，粉砂岩为主，约占全井田面积的60%，厚度一般1.5～5m，RQD值在0～85.2%；泥岩顶板次之，厚度一般1～3m；砂岩顶板主要分部在7～9勘探线之间和DF04断层两侧，面积不足全井田面积的10%。老顶以细粒、中粒大占砂岩为主，厚度0～12.33m，一般在2m以上，抗压强度34.7～58.0MPa，RQD值在50～91.4%。伪底在全区零星分布，面积不大。直接底板主要为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，局部为细粒砂岩或中粒砂岩，厚度0.60～35.49m，一般2～5.50m，岩石致密，抗拉强度0.67～2.80MPa，RQD值在26～94.4%。
东翼轨道大巷位于主采煤层顶板，其围岩多为穿层布置，岩性不一，多为泥质砂岩、灰岩、泥岩、页岩，破碎、裂隙发育，局部岩层有方解石脉充填，部分材料车线围岩还有薄煤线夹层。
设计为拱形断面，初次支护采用锚网喷支护，金属网片为φ6mm钢筋加工的100×100mm方格网，脂锚锚杆杆体直径为Φ20mm，锚杆间排距700×700mm，喷层厚度为150mm，拱部采用5根锚索支护φ18.9×8000mm。
1.2 东翼轨道大巷围岩变形破坏情况及原因分析 根据1~5个月的观察分析，在距离迎头30~40米以内变形不明显，可是，在40米以后的局部区段出现了较大的变形，喷层严重开裂掉块，巷道断面缩小、底板起鼓、锚索拉断、岩体破碎圈增大（轮廓线以外4.2米），从检测结果分析，巷道周围岩体破碎，黏结力几乎为零，内摩擦力大为降低，围岩变形严重，特别是拱部的肩部以下严重变形，实测结果为：顶板下沉量达到200~300mm、底鼓量达到350~700mm，两帮移近量达到300~700mm，其顶底板移近最大速度可达2mm/d左右，两帮移近量可达到2.5mm/d；尽管施工已数月有余，但围岩变形尚未稳定，围岩的变形已严重影响永久支护的整体强度和稳定性，并将影响运输。
分析认为，巷道变形破坏是多种因素共同作用的结果，其破坏原因主要有：①地应力大，构造应力较复杂； ②围岩松软，整体性差；③支护强度不够。
1.3 巷道破坏的形态及修复机理
1.3.1 巷道的破坏形态 巷道的破坏形态主要有以下几种：①剪切破坏：主要发生在巷道的拱基，表现为喷体脱落等；②拉伸破坏：主要发生在巷道的直墙正顶及下帮的肩窝处，表现为喷体破断、脱落等③单向受压破坏：主要发生在上帮直墙上部，造成喷体片状脱落或压碎；④收缩变形破坏；主要发生在巷道的弱面位置。
1.3.2 注浆充填巷道围岩的松动圈 通过及时地对支护体以外的围岩裂隙注浆，参数选择：压力4~6Mp,注浆孔深度2.5米，注浆孔间排距2.0米，水灰比1：0.7，能够充填巷道支护体以外的围岩裂隙，提高裂隙圈以内的围岩整体性。
1.3.3 二次锚喷支护作用机理 二次锚网喷的作用机理：通过二次锚网，使初次支护体和注浆后的破裂岩石复合，使围岩介质的承载能力增强，并具有一定的抗变形能力，使巷道抗失稳能力增强。
2 修复的时机
修复支护技术的关键是如何对破碎松动围岩加固补强及如何确定支护时机，如果支护时机掌握不好，如巷修的支护时间太早，在围岩剧烈活动期，在高地压尚未重新分布完毕之前进行，则支护效果不佳，一般支护手段很难保证巷道支护完好。如支护时间太迟，待变形严重后修复，巷道的有害变形将会加剧，巷道冒顶的可能性增强，围岩破碎松动的范围将加大，给修复工带来极大地困难，不但成本增加，安全性也没有保证，因此，合理确定支护时机是巷道修复的一个关键问题。
深部地压作用破坏时，最佳时机按巷道矿压观测资料确定，通过对巷道围岩表面位移观测，绘制出巷道变形曲线。其变形速度达到最大值时，表明巷道围岩受力最大，此后压力减小（但变形不停止)。此时，如巷道支护强度能抵抗破坏外力，巷道不破坏；如巷道支护强度相对较弱，巷道出现变形、喷体出现片状或鳞状剥落，此时便是最佳支护时机的临界点，可进行巷道修复工作。
3 二次锚网喷支护修复技术
3.1 支护要求 巷道断面：在初次支护时留出300mm的让压空间，根据巷道变形情况，确保注浆和二次锚网喷支护后的巷道净尺寸满足通风、行人和运输等需要。
3.2 锚喷支护修复施工工艺
3.2.1 施工方法：根据围岩条件、失修状况，以及现有施工条件，采用初次锚网索喷体支护（喷厚50~70mm）让压，超前把变形区域内的围岩封闭，注浆充填围岩裂隙后，再二次锚网，锚杆和金属网规格同初次支护的参数，最后挂线复喷成型作为永久支护。
3.2.2 施工顺序：控制扒渣机距离迎头不超过30m，在移动扒渣机后，及时进行注浆，充填初次支护体以外的破碎围岩裂隙，然后二次锚网变形部位，尤先处理拱部，最后挂线复喷成巷。
4 二次锚网喷支护修复效果分析
采用二次锚网喷支护施工后，控制了高应力条件下的巷道变形量和失修率，对断面收敛情况进行了量测，巷道断面收敛量均比加固前减小了80%以上，支护效果良好。 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200907/13204.htm
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