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1、錨網索噴支護在大型機電硐室的研究與應用1 前言 錨網索噴支護是近幾年以來大力推廣的一種新型支護方式，它具有施工速度快，機械化程度高，支護效果好，成本低等特點。由于機電硐室跨度大、結構復雜、施工難度大，岱莊礦針對本礦地質構造條件及煤層頂底板巖性，結合圍巖松動圈與頂板離層值的測定結果，合理確定了大型機電硐室的支護參數，形成了大型機電硐室以錨網索噴為主的支護方式。錨網索噴支護是一系列支護，與架棚及砌碹支護相比，變被動支護為主動支護，簡化了施工環節，提高了施工速度，節省了投資。2 xx礦硐室布置與圍巖情況xx礦軌道大巷(上下山)一般沿煤層頂底板巖層布置。首采煤層為3上煤層，揭露的實際煤厚2.83.2m2、，煤層頂板裂隙發育，節理多，為復合頂板。頂板以粉砂巖為主，次為泥巖、中砂巖和細砂巖，厚0.2530.59m,平均為4.07m，局部見泥巖或粉砂巖尾頂一層，厚0.200.53m。抗壓強度：粉砂巖為33.164.5Mpa，中砂巖為60114.9 Mpa，平均79.6 Mpa；泥巖為44.855.5 Mpa，平均50.2 Mpa。底板以粉砂巖為主，次為泥巖，厚0.5415.46m, 平均2.88m偶見泥巖底，0.22050m，抗壓強度，44.855.5 Mpa。由上可見，頂板圍巖的抗壓強度比較低，屬于不穩定巖層。3 圍巖松動圈確定xx礦大型機電硐室初期采用砌碹支護，因為勞動強度高，投資大，施工速度慢3、，制約了生產發展，后改為錨網支護，但錨網支護難以保證硐室不失穩。為此與山東科技大學共同對3上煤層頂底板圍巖松動圈、巷道表面收斂變形及頂板離層值進行了測定，重新對岱莊礦支護參數進行優化設計。31 圍巖松動圈測試圍巖松動圈是地應力、巖石強度及硐室斷面形狀等各種因素綜合作用的結果，其厚度是反映圍巖穩定的綜合指標，硐室的開挖，改變了圍巖的應力狀態，使原巖應力重新釋放，原巖應力的釋放，硐室圍巖將產生彈性和塑性變形，產生彈性和塑性變形的過程，就是圍巖松動圈形成的過程，圍巖松動圈的大小的確定對支護參數的選取具有重要意義。99年8月期間用BA型松動圈測試儀在首采長壁面頂幫布置了測點進行觀測，松動圈綜合測試結果4、如下：測孔號松動圈（m）松動巖層波速（103m/S）測孔號松動圈（m）松動巖層波速（103m/S）Jdl10.91.51841.5487Jdl40.81.37931.4155Jdl21.01.49731.5625Jdl50.71.42851.4537Jdl20.71.51511.5267Jdl60.91.46131.4989由測試結果看,原巖整體性較差,波速較低,均小于2.0103m/s，松動圈0.71.0m,且這一范圍的劃分標志點不明顯,隨時間推移還有發展的趨勢,常規支護方式難以保證硐室的穩定。 32收斂變形測試99年8月期間分別在軌道、皮帶順槽內布置測點進行頂幫圍移近量的測試，測試結果如下5、：測試天數（d）12測線13測線23測線收斂值（mm）收斂速度（mm/d）收斂值（mm）收斂速度（mm/d）收斂值（mm）收斂速度（mm/d）13571014202632364148556371828254045525555657379808890939610088.57.52.52.330.7501.661.331.500.200.140.140.370.370.3651018.2020202225252727273032394152.54.01.0000.330.5000.50000.420.250.870.18511151515233333354143454749515153.02.006、021.6700.331.00.400.280.280.250.250由以上圖表可以看出：硐室初期變形大，后期變形小，所以硐室掘出后初期支護非常重要，一方面能有效地控制硐室初期變形，同時對后期穩定也產生重要影響。33頂板離層測試同期在軌道及皮帶順槽內每隔50m安設一個頂板離層儀，每一測孔設兩個基點，深部基點深度約為45m布置在頂板砂巖中，淺部基點深度為22.5m，為錨桿端部。根據頂板離層量。硐室類別測量范圍指標最大值最小值平均值統計個數軌道順槽02.0離層量（mm）53316.84膨脹率（mm/m）26.51.58.442.04.5離層量（mm）37111.753膨脹率（mm/m）14.80.7、44.7304.5離層量（mm）90733.44膨脹率（mm/m）201.557.424皮帶順槽02.0離層量（mm）46111.147膨脹率（mm/m）230.55.5772.04.5離層量（mm）1002.437膨脹率（mm/m）400.97704.5離層量（mm）46213.577膨脹率（mm/m）10.20.43.027由上看出：淺層頂板離層較深層嚴重，淺層頂板的承載力低，而深部砂巖頂板變形和離層相對較小是錨索支護的基礎。工程測試結論：岱莊3上煤層圍巖松動范圍大（0.71.0m），整體性較差，淺部圍巖破壞嚴重；深部圍巖離層值較小，但個別測點離層值偏大。說明3上煤層頂底板圍巖穩定性較差、8、易離層，單一的支護方式難以有效地控制硐室穩定。由于直接頂厚度變化不一，必須根據現場實際揭露的硐室頂底板巖性，合理地確定支護方式及參數。 4 錨網索噴支護參數設計41優化設計的理論依據xx礦硐室初期采用砌碹支護，由于3 上煤層頂底板巖性變化不一，硐室頂板表現為復合頂板。強度低，易產生離層。硐室掘出后，原巖應力重新分布，此過程也是一個能量釋放的過程，塑性區彈塑性應力。與位移所釋放的應變能如果不能進行有效的抑制支護，這部分能量大部分表現為顆粒之間的位移，造成巖體聯系的削弱，即產生離層，圍巖的彈性與塑性位移變形就是圍巖松動圈形成的過程。硐室產生離層是導致硐室垮落、支護失穩的一個重要原因。錨網支護雖為主9、動支護，由于不能有效控制硐室的圍巖松動圈。表現圍硐室掘出初期支護效果比較好，但隨著硐室因離層導致松動圈及壓力增大時，支護容易失穩。砌碹支護為被動支護：由于砼本身的收縮與施工工藝容易造成了砼與圍巖之間存在間隙，也不能很好抑制圍巖松動圈擴展，況且施工工藝復雜，難以穿插作業，造成施工周期長。根據懸吊理論及松動離層范圍，合理地確定了硐室支護方式及參數。對于硐室穩定具有重要意義。42 優化設計方案頂板支護參數設計：以順槽巷道為例采用懸吊理論進行設計42.1錨桿長度L=L1+L2+L3L1_錨桿外露長度，取0.15mL2_錨桿有效長度，L3_錨桿錨固長度，取0.95m當圍巖存在松動破碎帶時，L2的長度必須10、大于或等于松動破碎帶高度，L2的長度可利用拋物形壓力理論估計冒落帶高度f2時，L2=L/2+Hctg(45+/2)/f=1.2式中：f_巖石普氏堅固性系數，取2L_硐室跨度，取為3.7H_硐室掘進高度，取為2.7_巖體內摩擦角，取為75故L=2.20m，取錨桿長度為2.3m。42.2錨桿桿體直徑根據桿體承載力與錨固力等強度原則確定，則d=35.53Q/1=35.5380/380=16.3mm式中：d_錨桿桿體直徑，mmQ_錨固力，取為80KN1_桿體抗拉強度，取為380Mpa桿體直徑為16.3mm,現場施工取18mm。42.3預應力錨索由圍巖松動與頂板離層結果知：某些地段頂板離層在3m以上為此11、錨索設計為：錨索線長4.5m，采用三塊藥卷錨固，錨固長度為1500mm，以深入硬巖1m為準，索孔深為4000mm,外露長度為500mm。為了保證錨索支護系統的完整性，防止危石冒落和片幫，在支護中應使用錨桿、托梁、托盤和護網等。在合理確定順槽支護參數后，根據圍巖松動圈與離層值的大小采用組合拱理論對大型機電硐室的支護也進行了優化設計，并在實際中大力推廣應用。實例5 大型機電硐室：采用錨網索噴聯合支護,以水處理系統為例51礦井水處理系統5.1.1水處理系統地質情況xx礦水處理系統頂板圍巖以粉砂巖為主，次為泥巖、中砂巖和細砂巖。其中粉砂巖、泥巖占絕大比重，遇水易膨脹。圍巖的抗壓強度比較低，屬于不穩定巖12、層。5.1.2水處理系統工程概況xx礦井水處理系統為邯鄲設計院設計主要由五個硐室和池體組成，硐室荒寬5.4米，高3.3米。長126米。硐室內依次布置沉沙池、混合池、反應沉淀池、淤泥調節池、濃縮池。其中沉沙池18.0*5.4米、深3.5，混合池11.2*5.4米、深2.0米，反應沉淀池26.25*5.4米、深8.0米，淤泥調節池規格為7.0*5.4米，深10米。水處理系統硐室和池體跨度大、池體深，結構復雜，圍巖應力顯現明顯。在掘進過程中全部采用錨網索噴支護方式，有效控制圍巖變形，安全完成硐室掘砌施工。5.1.3水處理系統支護參數錨桿：頂部采用182300 mm無縱筋全螺紋鋼樹脂錨桿，孔深2.1m13、，錨固長度1m，雙托盤、雙螺帽，錨固長度1m，間排距800mm。錨索：采用14.25mm鋼絞線截制，長度6.5m，孔深6.0m，錨固長度1.5m，錨固力15噸，使用12#槽鋼制作托梁，托盤采用11#工字鋼面去筋打孔制作，規格8080mm，孔18mm。網：采用6.5盤鋼條拉伸焊制，網格150150mm，施工時用梯子筋壓在錨桿上,拱部雙層鋼筋網，間距150mm，直墻段單層網二次復噴時使用，二次噴漿前全斷面掛網。搭接長度100 mm。6 技術經濟比較2000年共錨網索噴硐室四處，分別為西翼膠帶機頭硐室，北翼膠帶機頭硐室，西翼絞車房，煤倉頂硐室。共節省投資50萬元，今年以來又先后采用錨網索噴支護施工了14、北翼絞車硐室、北翼采區變電所、礦井水處理系統，共節省投資70萬元，大型機電硐室錨網索噴支護率100，取得了良好的經濟效益。首先，由于確定了合理的支護形式，能夠使掘進速度和支護速度很好地結合起來，能有效地控制頂幫離層和松動時間，減少了掘支循環的轉換時間，大大加快了施工速度。其次，與砌碹硐室相比節省了材料，降低了成本，取得了明顯的經濟效益。最后，由于該種支護工藝使用機械簡單，操作人員少，極大減輕了勞動強度，提高了勞動效率。7 結束語 錨網索噴支護是一種新型支護方式，變被動支護為主動支護，采用懸掛理論作為設計依據，針對岱莊礦頂板巖石厚度變化比較大，在采用長錨桿難以操作且達不到支護作用時，通過低松馳鋼絞線配以槽鋼，直接將圍巖松動圈以內巖石用錨索錨固在老頂砂巖上，并及時的噴砼封閉圍巖，防止圍巖風化脫落，有效地防止了裂隙產生，很好地起到了防水隔潮的作用。由于該種施工方法所有的機械簡單，施工工序能穿插作業，能極大的提高了施工速度。