长春黄金设计院工程建设管理有限公司 吉林长春 130012
摘要：根据吉林汪清天桥岭鹿圈子石墨矿的地质条件特点，应用锚杆+网+U形钢棚+喷砼联合支护技术对巷道进行支护，结果表明该支护技术在石墨矿巷道施工中具有较好的支护效果，可为巷道工程的支护设计提供重要依据与参考。
关键词：围岩；锚杆；金属网；U形钢棚；喷砼；联合支护
为了解决吉林汪清天桥岭鹿圈子石墨矿在掘进施工中遇到的围岩破碎问题，在330平硐施工过程中采用锚杆+网+ U形钢棚+喷砼联合支护的形式，取得了较好的支护效果。
1.地质情况
吉林汪清天桥岭鹿圈子石墨矿的地质岩组类型主要是松散、半坚硬及坚硬岩组相间而成，矿层顶、底板主要为凝灰质板岩，围岩由凝灰质砂岩、凝灰质砾岩及晶屑凝灰岩构成，多为碎裂结构，稳定性差，仅局部较完整，稳固性相对较好。根据岩石质量评价结果，该矿山岩石整体质量差，完整性差，井巷掘进过程中，易出现顶板垮塌现象。
2.设计与施工
2.1支护设计
330平硐断面为三心拱断面，规格2.5×2.5m，净断面5.8㎡。
帮顶的锚杆采用长度2000mm，直径22mm，左旋无纵筋矿用螺纹钢锚杆，锚杆间排距为900mm×900mm，锚杆托盘为蝶形，规格为150×150×8mm，选用CKa2350型树脂锚固剂，采用端头锚固形式[1]。
金属网是Ф6mm热镀锌低碳钢机制菱形网，规格为2000×1000mm，网孔规格为100×100mm，网片搭接为100mm[2]。
U形钢棚选用29U形号，材质为16Mn，每架棚分为三节，节与节搭接不小于500mm，用U形卡箍固定，棚距为1000mm，两架钢棚之间采用3条拉杆固定，拉杆选用φ38圆钢两端穿螺栓孔，拉杆与U形卡箍、卡箍与U形钢棚之间均采用螺栓连接。
喷砼采用C20等级，喷厚150mm。
以锚杆+网+U形钢棚+喷砼一体化联合支护综合治理围岩，支护体不仅有很高的支护强度，而且有很大的可变形量；支护体受力均匀，在很高的支护阻力下才产生变形；支护体的变形和高阻力可有效限制和控制围岩的变形量。
2.2施工要求
2.2.1锚杆
锚杆要按标准的孔位布置，严格控制钻孔角度，要求垂直轮廓线，不小于75°，孔径28mm，锚杆间排距的误差不超过±100mm，孔深要满足设计要求[3]，注锚固剂前清理孔内杂物，确保锚杆能安装到位。锚固剂凝固8分钟后，使用风动工具配以扭矩放大器对锚杆进行紧固，顶板要求达到60KN，帮部要求达到40KN。锚杆安装完成后外露长度要求控制在10-40mm范围内。
2.2.2金属网
网与网间纵向、横向均使用压茬搭接，压茬搭接长度为100mm，搭接时采用14#铁丝扎紧，网扣间距200mm，孔孔相连，确保牢固可靠，保证网片之间的链接不能隔扣。
2.2.3 喷砼
水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，砂为中粗机砂，石子为5～10mm粒径碎石，速凝剂型号为J85，掺入量为水泥用量的3-5%，速凝剂初凝2-3分钟，终凝8-10分钟，水清洁无杂质，速凝剂必须在喷浆机上料口均匀加入，喷射混凝土配合比按实验室出具的C20试验报告配比[4]。
2.2.4 U形钢棚
立柱要求有柱窝，深度200mm，在立柱上画出腰线位置，保证埋设好立柱与腰线设计位置一致，在弧形顶梁上画出中线位置，而后把顶梁搭接在立柱的弯曲部位，搭接长度500mm，搭接处用卡箍和螺栓进行固定，保证顶梁与巷道的中心线一致[5]，这时可以把立柱临时用8#铁丝与网进行固定，避免左右摇晃，之后用U形卡子，用锚杆将立柱永久固定，在下一架U棚安装好之后，两架U棚之间用φ38圆钢制作的拉杆相互拉紧，来加强巷道轴线方向的稳定性，后用φ20圆木柈子刹帮刹顶，间距200mm，之后喷射混凝土。
3.应用效果及效益分析
3.1应用效果分析
（1）锚网支护对巷道围岩起到主动承载的作用，支护后，在巷道围岩周围形成主动支护圈，有效地控制了巷道围岩的变形。在此基础上，采用U型钢棚支架实现被动支承，进一步控制围岩的过度变形。用锚杆固定U型钢棚的柱脚，增加了U形钢棚支护的闭合性和稳定性，使U型钢棚仅在深部围岩收缩变形时才产生变形，避免了局部锚网支护变形引起U型钢棚的变形和破坏。
（2）支护方案为先采用锚杆支护，再采用U形钢棚支护，这种方式有效地保证了巷道的形成，防止了片帮、冒顶事故的发生，有利于锚杆施工的顺利进行，保证了锚杆支护的效果，从而达到主动支护和让压支护的目的。
（3）喷浆支护在该支护结构中不仅起到封闭和补强的作用，而且增加了 U形钢棚相互之间的连接，起到了“撑杆”的作用，使所有 U形钢棚形成了一体式支护结构，防止U形钢棚因受力不均而产生扭曲变形。
3.2效益分析
（1）该方案于2017年 7月吉林汪清天桥岭鹿圈子石墨矿进行了试验及应用。对应用后的巷道变形进行观测，发现该段巷道至今没有明显的变形，可以满足巷道的使用要求。实践证明，该支护技术在石墨矿巷道施工中具有较好的支护效果，满足巷道的支护要求。
（2）在相同条件下，该支护技术与以往采用锚杆+网+喷砼支护相比，一次性支护费用有所增加，但在满足使用要求前提下总体费用明显降低。采用该技术支护后的巷道基本不需要养护，而其他支护方式必须养护两次以上才能满足使用需要，这必然会增加整体施工成本。该支护一次性施工总费用为 7000 元/m 左右，年返修一次需增加施工费用 3500元/m 左右，综合计算每米巷道年节省施工费用为 3500 元/m。按年应用巷道 500m 计算，年创经济效益可达 175 万元。
参考文献：
[1]王卫军，袁超，余伟健，赵延林，彭文庆，吴海，彭刚，屈延嗣.深部高应力巷道围岩预留变形控制技术[J].煤炭学报，2016，41（09）：2156-2164.
[2]黄初宪.一体化联合支护技术在软岩巷道修复中的应用[J].内江科技，2008（06）：132+158.
[3]黄春蕾.建筑施工技术[M].重庆大学出版社：高等职业教育建筑类教材，2016.
[4]聂长波，郑晓鸥，张楠，董平.注浆锚杆、锚索支护在软岩巷道支护中的应用[J].煤矿开采，2018，23（S1）：61-63.
[5]路学忠.煤炭井工开采技术研究[M].宁夏人民出版社，2019.