巷道聯合支護技術研究與應用

      1 工程概況
　　 采區回風下山、采區回風巷、采區總回風巷：主要擔負采區回風任務，設計三條巷道均沿3上煤頂板掘進，回風下山全長830m;采區回風下山在采區皮帶下山上變坡點附近向西拐彎改為采區總回風巷，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，形成采區回風系統，采區總回風巷全長2620m;采區回風下山在采區下部車場附近拐彎后改為六采回風巷，全長2020m。六采區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巖、第十下層灰巖巖溶裂隙承壓含水層，石炭系本溪組第十四層灰巖巖溶裂隙承壓含水層，以及奧陶系灰巖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，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，采區回風下山連續4個月內基本上未發生變化。
　　 （2）巷道支護經濟效益。采區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定性，滯后注漿的成功應用，大幅改善圍巖的應力狀態，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。