探讨锚喷巷道过破碎带的超前支护方法

关键词：锚喷巷道破碎带超前支护实施 

一、前言 

隧道在采掘过程中，过破碎带是一种比较常见的不良地质现象，它会造成隧道围岩的不稳定状态。过破碎带具有低强度、透水性大、易变形和抗水性差的特点，给隧道施工带来了各种各样的困难，并给施工事故的发生带来了隐患。因此，为了有效减少各种地质灾害的发生，必须要对过破碎带进行合理的施工支护技术。例如，可以使用超前支护方法，就是通过将铁撞楔或者木撞楔打入棚梁顶部，进而有效对破碎顶板进行有效的控制，从而利于隧道的安全掘进。 

但是这种方法也有其弊端，就是施工金属架过于笨重而且成本过高，导致这一方式正逐渐趋于淘汰。现在比较普遍的是采用锚喷支护方法。但是，这种方法又对过地质破碎带问题不太适用，当在锚喷巷道掘进过程中遇到地质破碎带时，会因为撞楔找不到依托而无法使用。因此需要对锚喷巷道过破碎带超前支护方法的具体应用进行分析探讨，下面我们针对上述问题介绍一种比较合理的实施方法。 

二、超前支护方法的基本原理 

超前支护方法是在隧道挖掘过程中，通过在沿开挖轮廓线方向的位置钻设和巷道轴线相平行的钻孔，然后在这个位置插设一个直径固定的钢管。这个钢管的主要目的是以掌子面以及后方支撑支点机构形成一个类似梁式的结构，从而防止围岩的松弛以及崩塌现象。因为这样可以超前将管周围岩建立成为一个整体用来保护支撑围岩，并且把因为开挖原因造成的松弛状况控制在可控范围内。这种超前支护方法的主要特点是将尚未挖掘的范围使用撞楔进行了一定控制，从而有效减少新揭露岩石之间的跨度，这样就可以使新揭露区拥有三层支护，安全可靠性得到很大提高。 

三、工程地质情况 

（一）工程基本情况 

本事例为一个以金属棚和锚杆等支护方法进行支护的煤矿工程。该工程中的支护试验地点是一条位于工作面的进风运输巷，煤层赋存稳定，平均煤层5.51m，煤层平均倾角1.6度，节理为裂隙发育。巷道施工采用am-150型综掘机沿底板掘进。巷道进口达到100m后，矿压明显增加，顶板煤体出现破碎，时常发生片邦冒顶，片邦深度达0.3m~0.9m，冒落高度在0.3m~1.0m之间。金属棚架设20天后，顶梁开始发生弯曲，当巷道掘至600m处时，周围煤体发生异常破碎，并发生大面积冒顶事故，局部顶煤造成全部垮落。煤体破碎地段处于地质构造的区域，前段位于一个向斜轴部地带，后段位于一个背斜轴部地带。地质条件逐渐恶化，导致安全生产无法保证。 

（二）工程的矿压分析 

经过对煤体岩块进行测试可以得到单轴的抗压强度为3.08mpa，抗拉强度为达1.27mpa。考虑到由于煤矿内部裂隙为非正常发育状态，可能会导致煤体整体的稳定性显著降低，进而导致其自身的承载能力严重不足。在下位煤体开始进行挖掘后，可能会造成上位煤体失去原有的支撑力而自身又不能形成承载拱，这样的话会导致煤体的垮落。 

另一方面，巷道原有设计中采用的金属棚支架属于被动承压结构，无法与周围岩石形成紧密接触。使用机器进行挖掘后的围岩初撑力非常小，增阻的速度减慢，这样就不足以防止周围岩石内部的离层，从而可能导致裂隙纵深发育。这样的情况下，加上巷道的超前压力作用下，挖掘工作面正对的煤壁会不断产生破碎离层，进一步加剧了地质条件的恶化。 

四、超前支护方法设计及施工工艺 

（一）地质强度的计算 

如果将巷道进行挖掘后的顶煤冒落高度设定为3.5m，那么经过锚喷加固后的巷道的人工加固体厚度就需要设定为2m左右。一般情况下，我们将巷道煤体深度中加固圈之外的顶板看作为断裂的顶板，进行过加固之后的巷道顶板看作简支梁结构，这样的话，通过简单的受力分析和相关计算就可以得到经过注浆加固后的围岩抗拉强度可以达到1.48mpa，这种强度的结构是可以完全承受巷道中的全部冒落压力。 

（二）支护相关参数 

该试验工程中锚喷超前支护按照以下规格进行设定：其中锚杆长度为2.0m，注浆段的长度为1.0m；排距的长度为1.5m，间距为1.5m，顶部设置3根锚注，并且需要应用双液注浆的系统，其中水灰中将水泥浆和水玻璃的比例设定为0.7：1。 

（三）锚注锚杆规格 

该试验工程中锚杆杆体采用长度为1.3cm的钢管进行加工而成，加工完成后锚杆长为2.0m，外径为21.5mm，内径为15.0mm，其中每根锚杆设置8个注浆孔，孔径为8.0mm。锚杆的挡圈用厚度为6.0mm的钢板制作而成。 

（四）工程施工工艺流程 

整个工艺的流程主要分为以下四部分：施工准备；打锚孔；安装锚注锚杆；注浆。 

其中注浆是该支护施工工程的核心步骤，要严格按照注浆压力和注浆时间进行控制。本实验中，基于地质环境中围岩为裂隙发育，而且属于浅孔注浆的现状，我们将注浆压力设置为4mpa，其中有效扩散的半径设置为1.0m。并且为了提高注浆的效果，必须要保证达到扩散的半径。主要措施是工程实施过程中，注浆速度尽量放缓，这样就可有效解决扩散半径过小的问题。开泵注浆过程中要按照定量、定压和定时这3个主要的指标进行综合控制，只要达到了其中的2个指标，就可以停止注浆。在注浆过程结束后，还必须要用清水把注浆系统清理干净，这是为了防止凝结情况的发生。 

五、结论 

根据现场的观察和试验中矿压观测设备的检测，可以看到该工程中使用的锚喷巷道过破碎带的超前支护方法所产生的效果是非常理想的。工程实施之前，连续15m的巷道的平均冒落高度达到3m，而工程实施之后就再发生过局部的片邦和冒顶现象。同时，经过数据的测算和分析，该种方法与原来的支护方法所使用的材料费用相比，可节省多大四分之一的成本费用，说明该方法的经济安全效益突出。 

这次试验成功的结果说明，在隧道挖掘过破碎带的工程实施过程当中，锚喷巷道过破碎带的超前支护方法是一种经济合理、安全有效、技术可行的有效支护方式，可以在今后的工程实践过程中继续研究使用。