國網(wǎng)能源和豐煤電有限公司沙吉海煤礦位于新疆和布克賽爾蒙古自治縣城東南６３ｋｍ，新疆和什托洛蓋合什東－沙吉海礦區(qū)的南部，設計產(chǎn)能為５００萬ｔ／ａ，采用２斜井１立井綜合開拓方式。目前正在施工的軌道石門（如圖１）為沙吉海煤礦＋５５０ｍ水平開拓巷道。巷道全長為694m，巷道截面形狀為直墻半圓拱，巷道凈寬為5000mm，凈高為4200mm，凈截面積為18.8m2，采用錨定電纜噴霧支撐，錨定噴霧厚度為150mm。石門通過的巖層多為松散的含水砂、泥石、砂質(zhì)砂石、粉砂石與砂石相互層，節(jié)理裂縫發(fā)育，粘結(jié)性差，巖石強度低，膨脹系數(shù)大，空氣容易風化，遇水后巖石崩潰砂化，巖石強度迅速下降，挖掘過程中幫助、漏水、泥化

2破壞機理和支持對策分析

2.1圍巖破壞機理沙吉海煤礦軌道石門圍巖松散破碎，粘結(jié)性差，巖石強度低，自由膨脹率大，易風化、泥化，遇水后巖石柔軟膨脹，伴隨膨脹附加應力的發(fā)生，巷道圍巖整體變形量大，頂板下沉明顯，噴層受拉剪應力作用，開始破裂、脫落。圍巖x射線衍射分析結(jié)果顯示，石門底板泥巖膨脹性粘土礦物含量高，最高可達73%，在水的作用和施工挖掘干擾作用下，底板巖層發(fā)生顯著膨脹變形，溝破壞，影響巷道兩組和頂板的穩(wěn)定。巷道穿層挖掘，各巖層間層理、節(jié)理發(fā)育，結(jié)合力低，砂巖富水性強，泥質(zhì)巖石水砂化、崩潰，挖掘過程中巷道經(jīng)常發(fā)生頂部泄漏、幫助現(xiàn)象，支護困難。

2.2支持對策是為了控制石門巷道圍巖強度低、整體性差、膨脹性強而導致巷道上沉、兩組接近量大等非線性大變形破壞，采用新型恒阻大變形錨(索)1進行錨網(wǎng)索二次耦合支持。該錨具有較高的支撐阻力，伸長量大，能夠在自身變形過程中保持一定的阻力，因此能夠承受較高的包圍壓力，阻止淺巖體的初期變形，充分發(fā)揮巖體的承載力，釋放、轉(zhuǎn)移巖層內(nèi)部的高應力

針對軌道石門圍巖易風化、泥化的力學特性，在開挖后，及時進行噴砼封閉，隔絕巖體與空氣中的水分子接觸，防止風化、泥化及膨脹，充分保持原巖強度；由于嚴重的底板破壞，采用無縫鋼管作為底角錨桿并注速凝化學漿進行加固，同時排水溝緊跟掘進工作面。針對軌道石門圍巖松散破碎，膠結(jié)性差，巖石強度低，自由膨脹率大，易風化、泥化，遇水后巖石軟化膨脹，在掘進過程中頻繁發(fā)生片幫、漏頂?shù)默F(xiàn)象，采用超前管棚支護即無縫鋼管作為縱向支撐，將向前掘進方向超前托起，形成一個整體；以恒阻大變形錨桿（索）作為橫向環(huán)形支撐，構成縱、橫支護體系，強度較大，可限制圍巖發(fā)生大變形，并能提前承受早期圍巖壓力。綜合以上分析，采用先進管架+錨網(wǎng)索耦合支撐3-5，對軌道石門進行圍巖控制。

3管架的工作原理和數(shù)值模擬分析

3.1前管架支撐的工作原理前管架支撐的工作原理與楔形法的工作原理相似。采用先進支撐技術，先進支撐頂板，在距巷道輪廓線一定距離的位置，按一定距離設置先進管架孔，沿孔口送入無縫鋼管，有效控制頂板下沉，提前支撐頂板，形成圍巖爆破松動圈內(nèi)破碎巖石的先進臨時支撐2-4。

3.2軌道石門前支撐的數(shù)值模擬1)數(shù)值計算模型和參數(shù)為了理解巷道采用管道支撐后圍巖的應力、位移、破壞場分布特征，驗證其合理性，選擇沙吉海煤礦軌道石門作為研究對象，采用三維有限差異大變形模擬程序其中，錨桿、錨桿分別采用恒阻大變形錨桿(φ22mm×2700mm)和恒阻大變形錨桿(φ15.24mm×8000mm)。模型計算范圍長×寬×高=20m×40m×40mm，共分為76271個單元、13254個節(jié)點。模型側(cè)面限制水平移動，底部為固定邊界，模型上面為上霸巖體自重應力邊界，施加的負荷為7.7MPa。

圍巖物理力學性質(zhì)參數(shù)，綜合參考地質(zhì)勘探報告和巖體力學室內(nèi)考試結(jié)果確定(表1)。圍巖材料本構關系采用mo-colub模型。2)數(shù)值模擬結(jié)果分析從水平位移場和垂直位移場(圖4~6)可以看出，巷道在采用錨定網(wǎng)索+管架+底角錨定支撐的情況下，位移量小，變形得有效控制，巷道斷面形狀維持良好，不影響正常使用。最大頂板下沉量為23mm，頂板無明顯應力集中區(qū)，底板應力分布均勻，兩組應力有向深部巖體轉(zhuǎn)移和擴散的傾向。另外，從破壞場分布的特征圖(圖7)可以看出，巷道頂板剪切塑性區(qū)的范圍明顯小于兩組，兩底角周圍的塑性區(qū)基本消除。以上模擬結(jié)果和位移、應力、塑性區(qū)分布的特征表明，底角錨有效控制雙底角和底板的塑性變形，減少應力集中度，恒阻大變形錨(索)發(fā)揮了轉(zhuǎn)移圍巖的高應力、釋放一定變形能力的作用。先進管架在巷道挖掘前對松散的頂板進行了預加固，提高了圍巖的整體性。巷道開放后，管架立即阻止淺松巖體的進一步離層、滑動發(fā)展，縮小頂部破裂區(qū)域范圍，大大保持巖體強度，有利于圍巖的穩(wěn)定，同時消除頻繁的頂部泄漏、片狀現(xiàn)象的發(fā)生4-5。

４支護設計及支護施工工藝

超前管棚＋錨網(wǎng)索斷面支護圖，如圖８所示。先進管棚的支護是在即將挖掘的巷道沿外輪廓周邊，間隔一定的間隔，沿孔軸用一定的外角鉆孔，安裝無縫鋼管。無縫鋼管外留一定長度，與預錨網(wǎng)索噴涂預留的金屬錨網(wǎng)整體連接。加固環(huán)起到承載拱形的作用，承受拱形上部的地面負荷和巖層重量，使拱形內(nèi)部的圍巖只承受拱形圍巖的變形壓力，創(chuàng)造了理想的挖掘條件。1)錨桿:錨桿選擇恒阻大變形錨桿，錨桿分為恒阻器和螺桿體，恒阻器規(guī)格φ34mm×500mm，螺桿體φ22mm×2200mm，總長度2700mm，錨桿間排距800mm×800mm，錨桿

2)錨桿選擇恒阻大變形錨桿，錨桿分為恒阻器和錨桿兩部分。恒阻器規(guī)格為φ34mm×500mm，錨定規(guī)格為φ15.24mm×7500mm，總長度為8000mm，錨定間距為1800mm×2400mm，錨定托盤為400mm×200mm×80mm錨定劑卷采用K2370和1根CK2370卷。3)金屬網(wǎng):網(wǎng)采用φ6.5mm的鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)規(guī)格為100mm×100mm，重疊為100mm，14#鐵絲每隔200mm結(jié)合。

4)噴霧層:噴霧混凝土厚度為150mm，使用標號為P.O32.5R普通硅酸鹽水泥，砂為純中粗河砂，石為粒徑5~10mm的碎石�；炷�土強度等級C20，重量配合比為水泥:砂:石=1:2.03:2.19，水灰比為0.48的速凝劑配合量一般為水泥重量的2.5%~4%。槽砌筑混凝土強度等級C20，混凝土重量配合比水泥:砂:石=1:1.29:2.31，灰比0.69。5)管道超前支護參數(shù)①超前支護長度:挖掘過程中，循環(huán)進尺為1.2m，根據(jù)圍巖性質(zhì)分析，超前支護長度為3600mm，超前管架長度為3800mm。選擇φ32mm×3800mm的鋼管制作管架。②超前管架的配置方式(圖9~10):管架眼距450mm，距巷道輪廓線100mm處30角斜向輪廓線外眼，眼底位于巷道輪廓線外150mm處，眼深3600mm，露出的管架約200mm，14號鐵絲雙株

5管架施工工藝流程

按設計管架孔→安裝固定管架→按設計爆破眼→爆破→頂部圍巖處理→錨桿掛網(wǎng)支護板→處理兩組支護→錨桿噴漿成型。各環(huán)節(jié)的具體施工過程如下:1)管道棚插入和孔處理:先進管道棚管徑選擇φ32mm鋼管，管道棚鋼管長度采用3800mm，管道棚沿巷道挖掘輪廓線向外傾斜，其傾斜角一般不得超過5度，管道棚鋼管沿巷道拱部挖掘輪廓線布置，布置寬度為450mm，沿拱部挖掘外輪廓布置。2)管道小屋的設置:設置干眼時，必須嚴格按照設計的眼距、眼深、傾斜角進行設置，管道小屋必須與巷道頂部的金屬網(wǎng)牢固連接，同時相鄰的管道小屋也必須用12號的鐵絲連接，以免炮擊偏移。3)炮眼的配置和設置:周圍的眼睛距排列桿的眼睛200mm，周圍的眼睛盡量和管子的眼睛交錯配置，炮眼的深度為1400mm，每只眼睛的藥不超過1張。４）爆破后及時檢查管棚與頂網(wǎng)的連接和相鄰管棚之間的連接是否被打開，及時將其連接牢固，以作為臨時支護。然后打錨掛網(wǎng)噴霧支撐板，金屬網(wǎng)掛在管子下面，管子連接到整體6-9。

6應用效果分析

沙吉海煤礦含水松散膨脹復合型軟巖巷道采用管架先進支護，保證施工中安全和巷道成型，降低工人勞動強度，為礦山快速、安全施工創(chuàng)造有利條件，縮短建礦周期，提高社會、經(jīng)濟效益。1)安全質(zhì)量分析:先進支撐的管架間隔為0.45m，相當于提前進行臨時支撐，這是主動支撐方式。巷道挖掘后，煤礦工作人員可以在管道小屋前面支護的掩護下作業(yè)，加強頂板控制，消除電影援助、頂部泄漏的安全危險，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。實踐證明，在施工軌道石門過程中，工軌道石門的過程中，沒有出現(xiàn)幫助天花板的現(xiàn)象，對巷道的成形起著決定性的作用。同時，降低材料消耗和浪費，節(jié)省人力、物力、財力。2)經(jīng)濟效益分析:管道前支護長度3.8m，施工中循環(huán)尺寸1.2m，按正常施工順序，每天完成3個循環(huán)，尺寸3.6m，只需打一次管架，提高挖掘速度，縮短施工周期。自管道棚的先進支護實施以來，2012年3月挖掘工作面50m，4月進尺70m，5月進尺90m，為礦山快速施工創(chuàng)造良好條件。

7結(jié)語

沙吉海煤礦軌道石門水泥化、沙化嚴重，易于幫助、漏水，在挖掘過程中隨著挖掘、安全威脅大、施工困難的問題，通過現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)查和理論分析，明確了其破壞機理，提出了先進管道小屋+錨網(wǎng)索噴霧支持對策。在數(shù)值模擬分析的基礎上，進行了胡同的斷面支護設計、施工技術設計和現(xiàn)場工業(yè)性試驗。通過本次研究和工程實踐，主要得到以下認識和體驗:1)采用先進管屋+錨網(wǎng)噴霧的支持方式，有效控制沙吉海煤礦含水松散膨脹復合型軟巖巷道的大變形破壞，保證圍巖穩(wěn)定，消除大面積頂峰、幫助安全危險，為巷道快速安全施工創(chuàng)造良好條件。

2)松散膨脹復合型軟巖巷道在施工過程中，容易頻繁發(fā)生幫助、天花板泄漏現(xiàn)象。此時，對挖掘作業(yè)前方的圍巖實施先進管屋支撐，對圍巖起到有效的支撐作用，形成統(tǒng)一有效的整體，為后續(xù)挖掘工程提供了安全保證。3)應用先進管架+錨網(wǎng)噴霧支持松散膨脹復合型軟巖巷道，具有顯著的經(jīng)濟效益和較強的實用性，在沙吉海煤礦運輸石門、回風石門、內(nèi)外水倉挖掘過程中成功應用，為沙吉海礦區(qū)圍巖地質(zhì)條件的工程支持提供了有益的參考和參考

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