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用锚喷网支护返修软岩巷道交岔点的实践
宋宏伟 张 华 盖建平 崔宗高
摘 要 介绍了深井软岩运输大巷交岔点变形破坏、局部冒顶，采用计算机模拟选择返修方案，用松动圈支护理论设计支护，采用锚喷网施工工艺返修等措施，以及取得明显技术经济效果。
关键词 锚喷网 软岩 冒顶 松动圈支护理论
1 概 述
峰峰矿务局九龙口煤矿设计生产能力120万t/a，地质条件复杂，开采深度大（800 m），全矿有9600
m失修巷道，其中，3600
m巷道严重失修，影响了矿井的生产与安全。目前担任运输任务的南大巷就是严重失修巷道之一。原为锚喷支护，生产过程中支护发生严重破坏后，用U型钢可缩支架进行了返修，但是返修并不成功，几个月就得修理一次。南大巷交岔点处于砂质泥岩和中细砂岩层中，围岩变形最为严重，需要经常进行修理，特别在临近最大断面处的水沟一侧的上方，冒顶高2.5
m，长6.0 m（图1），使修复工作变得相当困难。为此，九龙口矿与中国矿业大学合作进行返修研究。
图1 交岔点处冒顶示意图
由于围岩及冒落情况比较复杂，该交岔点采用U钢支架和木棚子处理冒顶中，曾发生多次U钢支架抱腿和木棚折断，以及漏顶现象。为使交岔点返修及冒顶处理方案更具科学性，应用ANSYS数值分析软件，对交岔点返修方案进行了模拟，然后采用松动圈支护理论，选择了合理、可行的支护方案。按照支护方案和施工工艺，精心组织施工，取得了用锚喷网支护返修软岩大巷交岔点及处理冒顶的成功。
2 锚喷网支护返修方案
2.1 支护方案优选
支护方案的选取应全面考虑所选方案的技术可行性、施工安全、方便性和经济性。在该方案选取中，首先用计算机进行了模拟数值分析，然后进行比较，择优选取方案。南大巷交岔点返修施工有3个方案：
方案1：采用缺圆拱形断面，锚喷网支护方案，即刷大断面，使所冒落部分包括在所刷大的断面之内。从计算机模拟结果看，巷道围岩受力状况比较好，锚杆受力比较均匀，在整个巷道围岩范围内几乎能够形成一个完整的近似圆形组合拱，使得围岩的自承能力大大提高，可缩变形量大，对巷道维护比较有利。但是由于断面加大，刷大后的断面几乎等于原设计直墙半圆拱形断面的两倍，造成工作量大，出矸多，工人的劳动强度加大。由于断面太高，给刷大工作带来困难，也加大了施工难度。
方案2：采用局部刷大的曲线形断面。这一方案的优点是断面部分曲线形刷大，工作量减小，劳动强度、施工难度较方案1小些。根据计算机模拟其受力结果来看，巷道围岩在顶部右侧出现较大的应力降低区，变形将会变大。但是，整个断面受力尚均匀，如采取加强支护措施(即加设钢筋梯子梁)，使支护能力得到加强，对于维护巷道稳定是可行的。
方案3：在冒落处拆除临时支护后，在槽形冒落区内支入特制支架，即在冒顶部位内采取锚喷网和金属支架联合支护的方案。这样，对冒落部分单独处理，工作量和劳动强度进一步减小。从计算机模拟结果看，冒落处有小部分围岩存在应力集中现象,但巷道围岩整体受力状况同缺圆拱形断面，但施工难度大。
从以上3个方案的计算机模拟分析来看，方案1工程量较大，断面大不利于长期稳定，不宜采用；方案3冒落处很难形成类似槽状，钢支架框也难以在返修中顺利安设，所以也不宜采用；拆除临时的木棚支护后，采用方案2局部刷大，既减少了工程量，又方便施工，只要使断面形状呈内凹曲线形，长期稳定将会得到保证。
2.2 支护参数
经过在附近实测围岩松动圈，得到松动圈厚度值为2.43
m，为V类软岩。根据松动圈理论，采用组合拱原理设计锚喷网支护参数。组合拱厚度1.2 m，锚杆长1.8 m，间排距0.5 m×0.5
m；喷层总厚度12 cm。由于冒顶段冒顶高2.5 m，要求其中复喷层厚度不得小于5cm，以保证将锚杆端部封住、封严；采用 6.5 mm圆钢，焊接成为网孔125
mm×125 mm的网片。
根据冒顶段实际状况，确定将巷道断面两帮至巷道底板设计成弧线形，断面形状与支护布置见图2。
图2 采用局部刷大断面的锚喷网支护布置
当施工到交岔点处冒顶段时，需要加上钢筋梯子梁。钢筋梯子梁间隔1
m，即每隔一排锚杆加一圈钢筋梯子梁，用锚杆固定。
2.3 施工工艺
由于交岔点断面大，采用正台阶分层施工方法。从交岔点变断面处开始，搭工作台，进行分层施工。上工作面每进6片网后，再从下工作面开始施工进5片网。具体方法：
(1)
在上工作面拆除1片网宽（1.125 m）的临时支护→挑顶，初喷混凝土厚30
mm以上→钻锚杆眼、挂网(在冒顶段安装钢筋梯子梁、安装锚杆)→上工作面再拆除1片网宽的临时支护，重复上述工序直到6片网宽。
(2)
当上工作面完成6片网宽的支护工作后→下工作面刷帮至1片网宽→初喷混凝土30
mm以上→钻锚杆眼、挂网(在冒顶段还安装钢筋梯子梁、安装锚杆)→下工作面再拆除1片网宽的临时支护，重复上述工序直到5片网宽。
(3)
重复上述步骤的正台阶施工工序。每进行完上述步骤一次，锚网经检查合格后，进行复喷50
mm混凝土层；如果不合格，立即停止其它工作进行整改。
2.4 技术要点
(1)
冒顶处理的断面形状必须符合所选方案中的断面形状，使其近似设计的平滑弧线形。如两帮施工成直墙或内凸，必然造成变形量大而导致失败。
(2)
严格控制挑顶、刷帮距离，不得超过1片网宽度。否则，将会发生新的冒顶。
(3) 冒顶段（长6
m）处理完后，按上述工序正常返修施工，直到交岔点施工完毕。
(4) 锚杆间排距≤500 mm，与巷道周边夹角≥75°；钢筋梯子梁间距≤1
000 mm；网片搭接要牢固；初喷厚度≥30 mm，复喷厚度≥50 mm。
(5)
施工前应严格制定作业规程，并加强施工质量检查，保证安全施工。
3 返修效果
3.1 施工经验
大交岔点冒顶段，冒高2.5
m，长6m，是返修施工的难点。这段工程的返修质量的优劣，直接关系到大交岔点返修的成败。
（1）采用了台阶方法施工取得了成功。先施工上部工作面冒顶的左侧断面，喷层接顶，控制住冒顶处的不稳定围岩，后施工上部工作面非冒顶的右侧断面。完成冒顶段6
m范围的上工作面拱部施工后，再进行下工作面两帮的刷大和支护施工。最后，安装6道梯子梁进行加强支护。
（2）在冒顶部位，对最上部的0.5
m高度进行充填，有效改善了冒顶处的断面形状，对该处围岩稳定有利。即对这0.5 m，用分层喷射混凝土充填350 mm，挂网打锚杆，网距喷层150
mm，其空间用喷射混凝土填实。
（3）挑选有经验的工人在冒顶处操作，保证施工质量和安全。
3.2 收敛变形测试
1998年5月28日，在大交岔点靠近最大断面附近布置了一个测试面。由于受施工条件所限，测面数据的采集从6月6日开始至9月23日观测109天，收敛变形曲线见图3。
图3 收敛变形曲线
由收敛变形曲线图3可知，交岔点右帮变形较大，总变形量D4=102.74 mm，速率0.44
mm/d。左帮变形较小，总变形量B4=15.94 mm，平均变形速率0.16
mm/d。现场观察到左帮要比右帮成型好。底板总变形量C4=69.34 mm，变形速率0.02
mm/d。从测试数据分析，巷道围岩应力趋于稳定，但是,右帮收敛变形还较大。变形趋于稳定，说明在全断面锚喷网作用下，开始形成封闭的组合拱结构，大交岔点返修支护取得基本成功。
4 结 论
(1)在开采深度800
m，松动圈破碎厚度接近3m的围岩中，采用锚喷网支护返修严重失稳的交岔点以及处理冒顶获得了成功。工程实践证明，运用围岩松动圈支护理论确定的返修支护参数和采用的施工工艺在技术上是合理的、可行的。
(2)锚喷网支护返修方案，施工简单、安全可靠，劳动强度小，支护及时主动，维护时间长，还不影响正常生产运输。采用锚喷网方式返修，比九龙口矿过去常用的U型钢支架节约支护费用41%以上，比木支架节约支护费用91%以上，取得了良好的技术经济效果。
作者简介：宋宏伟 1958年生，副教授，土木工程系主任，现从事教学与科研工作，主要研究煤矿巷道硐室软岩支护、煤巷锚杆支护和计算机应用等。地址：江苏省徐州市，邮码：221008。
作者单位：宋宏伟 张 华：中国矿业大学
盖建平 崔宗高：峰峰矿务局九龙口煤矿
参 考 文 献
1 董方庭，宋宏伟.松动圈支护理论及其应用.煤炭学报，1994(1)
(收稿日期：1999-05-21；责任编辑：王承源) | 