林南仓矿深部软岩巷道支护技术研究

摘要：针对-650m水平东一采区运输巷的地质条件，应用了三种支护方法：可缩金属支架+锚网+薄喷混凝土联合支护、锚网+架棚+壁后充填混凝土联合支护、锚网喷支护。通过对巷道的变形量和经济技术指标对比分析得出：在此类具有膨胀性软岩中施工的巷道不适于锚喷支护。首推刚柔相济、以柔为主的支护方式：一是架棚+壁后充填支护方式，此种支护适应服务年限较长的永久巷道；二是架棚+薄喷支护，此种支护适合服务年限在在3-5年的巷道。

关键词：软岩巷道；支护方案；效果对比

中图分类号： TD353文献标识码：A 文章编号：

近年来针对软岩巷道的支护主要包括锚网支护、可缩性支架支护、钢筋混凝土、锚注支护及其这几者之间的联合[1-3]。林南仓矿属于典型的软岩矿井，随着开采深度的增加，巷道延伸范围的扩大，深部软岩巷道与日俱增。深部软岩巷道常常变形严重，返修率高，极大的增加了巷道维修费用及工人的劳动强度，严重的影响了矿井的安全及正常生产。本文针对林南仓矿-650m水平东一采区运输巷的地质条件，应用了三种支护方法：可缩金属支架+锚网+薄喷混凝土联合支护、锚网+架棚+壁后充填混凝土联合支护、锚网喷支护，通过对巷道的变形量和经济技术指标对比分析，以期找出适合此地质条件的最佳支护方法。

1.地质概况

巷道主要施工层位为煤12顶板，围岩多为粗砾状白色砂岩（俗称白砂矸），主要成分为高岭石、蒙脱石，遇水后变软膨胀，且易于风化，有较强的流变特性，强度低，自身承载能力差。其煤层及顶、底板岩石特征见表1。

表1 煤层及顶、底板岩石特征

本煤层系复杂型块状结构煤层，煤层稳定，煤厚变化不大，顶板以下1.6m有一层0.3m厚左右的灰色粘土岩夹矸，煤层以北东走向为主。

2.支护方案

为了研究适合此类围岩的支护类型，选择三种支护方法进行施工：

方案一：可缩金属支架+锚网+薄喷混凝土联合支护；

方案二：锚网+架棚+壁后充填混凝土联合支护；

方案三：锚网喷支护。

（1）方案一

架设29U金属拱形支架，棚距600mm。在支架支架打锚杆挂网，锚杆间排800mm×600 mm，规格Φ20mm×2000mm右旋螺纹钢HR335等强锚杆，锚固长度不小于900mm，预紧扭矩不低于150N∙m。钢筋网规格为圆钢焊接的Φ6mm-750mm×2100mm，网格100mm×100mm。托盘为10mm×120mm×120mm锚杆专用托盘。喷射砼强度为C20，喷浆厚度网格外30-50mm。

支护特点

①架设金属拱形支架，通过增加巷道的可缩度延长服务年限。

②锚杆是利用锚杆的主动支护进行加固围岩。

③薄喷能够封闭巷道围岩、增加联合支护的整体性。

金属拱形支架配合薄喷支护，是将支架的可缩性与喷浆的封闭性结合在一起的联合支护。

（2）方案二

施工时巷道在原断面的基础上扩大300mm充填混凝土空间。采用锚网进行临时支护，锚杆间排800mm×600 mm，锚杆规格Φ20mm×2000mm右旋螺纹钢HR335等强锚杆，锚固长度不小于900mm，预紧扭矩不低于150N∙m。钢筋网规格为圆钢焊接的Φ6mm-750mm×2100mm，网格100mm×100mm，搭接不小于100mm。托盘为10mm×120mm×120mm锚杆专用托盘；架设29U金属拱形支架，棚距600mm；挂钢网、铺设苇帘。充填300mm厚度混凝土，砼强度为C20。

支护特点

①锚网进行临时支护，利用锚杆的主动支护进行加固围岩。

②棚子与300mm厚混凝土联合支护，解决了单纯支架受力不均的问题，增加了支护的整体抗压强度，有效抵御巷道顶帮变形应力。

③充填混凝土封闭了围岩，防止围岩风化减缓了巷道的变形。

（3）方案三

锚杆间排800mm×800 mm，锚杆规格Φ20mm×2000mm右旋螺纹钢HR335等强锚杆，锚固长度不小于900mm，预紧扭矩不低于150N∙m。钢筋网规格为圆钢焊接的Φ6mm-750mm×2100mm，网格100mm×100mm，搭接不小于100mm。托盘为10mm×120mm×120mm锚杆专用托盘；喷射100mm厚度混凝土，砼强度为C20。

支护特点

利用锚杆的主动支护进行加固围岩，喷浆进行围岩封闭。

3.支护效果比较

3.1 变形量对比

方案一施工的70m巷道，半年后巷道两侧变形量在200-400mm，顶板基本无变形，底板变形量在200-300mm，进行简单的卧底处理，可以满足巷道的使用要求，无安全隐患。

方案二施工的40m巷道，半年后除底板有100-200mm的底鼓外，其它无变化。

方案三施工的55m巷道，施工不到2周时间，巷道就出现爆浆现象。进行补打锚索进行二次支护。二次支护后，巷道仍有变形爆浆。不得不采用局部加打锚杆挂网的方式，进行第三次支护。该段巷道历经三次支护之后，现只能维持使用，但巷道局部仍有变形爆浆，威胁行人安全。如后期变形加大，在安全难于保证的情况下，将不得不架设金属支架进行第四次支护。

3.2 经济效益对比

对三种方案的经济技术进行对比，如表2所示

表2 三种支护方案经济技术指标

通过上述两种对比，具有膨胀性软岩施工的巷道不适于锚喷支护，其原因是：

（1）在膨胀性较强的软岩中以刚性的锚喷支护。随时推移，巷道不可避免地发生变形，在频繁变形过程中，虽经多次维持施工，但仍难以避免巷道会经常爆浆掉掉，对人员安全构成较大威胁。

（2）在施工投入上虽然一次投入费用较少，但是巷道后期维护需要多次支护，增加了巷道的支护成本和人工投入。

（3）采用锚喷支护施工的巷道多次支护造成大量的工时浪费，降低巷道的施工进度，响矿井的正常衔接。

总之，方案三在此类围岩中使用效果最差。

4 结论

在此类具有膨胀性软岩中施工的巷道不适于锚喷支护。首推刚柔相济、以柔为主的支护方式：一是架棚+壁后充填支护方式，此种支护适应服务年限较长的永久巷道；二是架棚+薄喷支护，此种支护适合服务年限在在3-5年的巷道。

参考文献

[1] 张浩. 高地压碎裂软弱围岩巷道"锚架注"联合支护技术的应用[J]. 煤炭工程. 2010(10): 28-30.

[2] 周俊帆，李大伟，李登月，等. 高强U型钢支架在软岩巷道支护中的应用[J]. 煤炭技术. 2010(12): 80-82.

[3] 张农，王保贵，郑西贵，等. 千米深井软岩巷道二次支护中的注浆加固效果分析[J]. 煤炭科学技术. 2010(5): 34-38.

作者简介：杨壮辉（1984-07 ），男，安徽亳州人，助理工程师，学士，2009年毕业于河南理工大学，现任林南仓矿生产技术部开拓管段工程师，主要从事巷道支护的研究与实践。