国网能源和丰煤电有限公司沙吉海煤矿位于新疆和布克赛尔蒙古自治县城东南６３ｋｍ，新疆和什托洛盖合什东－沙吉海矿区的南部，设计产能为５００万ｔ／ａ，采用２斜井１立井综合开拓方式。目前正在施工的轨道石门（如图１）为沙吉海煤矿＋５５０ｍ水平开拓巷道。巷道全长为694m，巷道截面形状为直墙半圆拱，巷道净宽为5000mm，净高为4200mm，净截面积为18.8m2，采用锚定电缆喷雾支撑，锚定喷雾厚度为150mm。石门通过的岩层多为松散的含水砂、泥石、砂质砂石、粉砂石与砂石相互层，节理裂缝发育，粘结性差，岩石强度低，膨胀系数大，空气容易风化，遇水后岩石崩溃砂化，岩石强度迅速下降，挖掘过程中帮助、漏水、泥化

2破坏机理和支持对策分析

2.1围岩破坏机理沙吉海煤矿轨道石门围岩松散破碎，粘结性差，岩石强度低，自由膨胀率大，易风化、泥化，遇水后岩石柔软膨胀，伴随膨胀附加应力的发生，巷道围岩整体变形量大，顶板下沉明显，喷层受拉剪应力作用，开始破裂、脱落。围岩x射线衍射分析结果显示，石门底板泥岩膨胀性粘土矿物含量高，最高可达73%，在水的作用和施工挖掘干扰作用下，底板岩层发生显着膨胀变形，沟破坏，影响巷道两组和顶板的稳定。巷道穿层挖掘，各岩层间层理、节理发育，结合力低，砂岩富水性强，泥质岩石水砂化、崩溃，挖掘过程中巷道经常发生顶部泄漏、帮助现象，支护困难。

2.2支持对策是为了控制石门巷道围岩强度低、整体性差、膨胀性强而导致巷道上沉、两组接近量大等非线性大变形破坏，采用新型恒阻大变形锚(索)1进行锚网索二次耦合支持。该锚具有较高的支撑阻力，伸长量大，能够在自身变形过程中保持一定的阻力，因此能够承受较高的包围压力，阻止浅岩体的初期变形，充分发挥岩体的承载力，释放、转移岩层内部的高应力

针对轨道石门围岩易风化、泥化的力学特性，在开挖后，及时进行喷砼封闭，隔绝岩体与空气中的水分子接触，防止风化、泥化及膨胀，充分保持原岩强度；由于严重的底板破坏，采用无缝钢管作为底角锚杆并注速凝化学浆进行加固，同时排水沟紧跟掘进工作面。针对轨道石门围岩松散破碎，胶结性差，岩石强度低，自由膨胀率大，易风化、泥化，遇水后岩石软化膨胀，在掘进过程中频繁发生片帮、漏顶的现象，采用超前管棚支护即无缝钢管作为纵向支撑，将向前掘进方向超前托起，形成一个整体；以恒阻大变形锚杆（索）作为横向环形支撑，构成纵、横支护体系，强度较大，可限制围岩发生大变形，并能提前承受早期围岩压力。综合以上分析，采用先进管架+锚网索耦合支撑3-5，对轨道石门进行围岩控制。

3管架的工作原理和数值模拟分析

3.1前管架支撑的工作原理前管架支撑的工作原理与楔形法的工作原理相似。采用先进支撑技术，先进支撑顶板，在距巷道轮廓线一定距离的位置，按一定距离设置先进管架孔，沿孔口送入无缝钢管，有效控制顶板下沉，提前支撑顶板，形成围岩爆破松动圈内破碎岩石的先进临时支撑2-4。

3.2轨道石门前支撑的数值模拟1)数值计算模型和参数为了理解巷道采用管道支撑后围岩的应力、位移、破坏场分布特征，验证其合理性，选择沙吉海煤矿轨道石门作为研究对象，采用三维有限差异大变形模拟程序其中，锚杆、锚杆分别采用恒阻大变形锚杆(φ22mm×2700mm)和恒阻大变形锚杆(φ15.24mm×8000mm)。模型计算范围长×宽×高=20m×40m×40mm，共分为76271个单元、13254个节点。模型侧面限制水平移动，底部为固定边界，模型上面为上霸岩体自重应力边界，施加的负荷为7.7MPa。

围岩物理力学性质参数，综合参考地质勘探报告和岩体力学室内考试结果确定(表1)。围岩材料本构关系采用mo-colub模型。2)数值模拟结果分析从水平位移场和垂直位移场(图4~6)可以看出，巷道在采用锚定网索+管架+底角锚定支撑的情况下，位移量小，变形得有效控制，巷道断面形状维持良好，不影响正常使用。最大顶板下沉量为23mm，顶板无明显应力集中区，底板应力分布均匀，两组应力有向深部岩体转移和扩散的倾向。另外，从破坏场分布的特征图(图7)可以看出，巷道顶板剪切塑性区的范围明显小于两组，两底角周围的塑性区基本消除。以上模拟结果和位移、应力、塑性区分布的特征表明，底角锚有效控制双底角和底板的塑性变形，减少应力集中度，恒阻大变形锚(索)发挥了转移围岩的高应力、释放一定变形能力的作用。先进管架在巷道挖掘前对松散的顶板进行了预加固，提高了围岩的整体性。巷道开放后，管架立即阻止浅松岩体的进一步离层、滑动发展，缩小顶部破裂区域范围，大大保持岩体强度，有利于围岩的稳定，同时消除频繁的顶部泄漏、片状现象的发生4-5。

４支护设计及支护施工工艺

超前管棚＋锚网索断面支护图，如图８所示。先进管棚的支护是在即将挖掘的巷道沿外轮廓周边，间隔一定的间隔，沿孔轴用一定的外角钻孔，安装无缝钢管。无缝钢管外留一定长度，与预锚网索喷涂预留的金属锚网整体连接。加固环起到承载拱形的作用，承受拱形上部的地面负荷和岩层重量，使拱形内部的围岩只承受拱形围岩的变形压力，创造了理想的挖掘条件。1)锚杆:锚杆选择恒阻大变形锚杆，锚杆分为恒阻器和螺杆体，恒阻器规格φ34mm×500mm，螺杆体φ22mm×2200mm，总长度2700mm，锚杆间排距800mm×800mm，锚杆

2)锚杆选择恒阻大变形锚杆，锚杆分为恒阻器和锚杆两部分。恒阻器规格为φ34mm×500mm，锚定规格为φ15.24mm×7500mm，总长度为8000mm，锚定间距为1800mm×2400mm，锚定托盘为400mm×200mm×80mm锚定剂卷采用K2370和1根CK2370卷。3)金属网:网采用φ6.5mm的钢筋网，网规格为100mm×100mm，重叠为100mm，14#铁丝每隔200mm结合。

4)喷雾层:喷雾混凝土厚度为150mm，使用标号为P.O32.5R普通硅酸盐水泥，砂为纯中粗河砂，石为粒径5~10mm的碎石。混凝土强度等级C20，重量配合比为水泥:砂:石=1:2.03:2.19，水灰比为0.48的速凝剂配合量一般为水泥重量的2.5%~4%。槽砌筑混凝土强度等级C20，混凝土重量配合比水泥:砂:石=1:1.29:2.31，灰比0.69。5)管道超前支护参数①超前支护长度:挖掘过程中，循环进尺为1.2m，根据围岩性质分析，超前支护长度为3600mm，超前管架长度为3800mm。选择φ32mm×3800mm的钢管制作管架。②超前管架的配置方式(图9~10):管架眼距450mm，距巷道轮廓线100mm处30角斜向轮廓线外眼，眼底位于巷道轮廓线外150mm处，眼深3600mm，露出的管架约200mm，14号铁丝双株

5管架施工工艺流程

按设计管架孔→安装固定管架→按设计爆破眼→爆破→顶部围岩处理→锚杆挂网支护板→处理两组支护→锚杆喷浆成型。各环节的具体施工过程如下:1)管道棚插入和孔处理:先进管道棚管径选择φ32mm钢管，管道棚钢管长度采用3800mm，管道棚沿巷道挖掘轮廓线向外倾斜，其倾斜角一般不得超过5度，管道棚钢管沿巷道拱部挖掘轮廓线布置，布置宽度为450mm，沿拱部挖掘外轮廓布置。2)管道小屋的设置:设置干眼时，必须严格按照设计的眼距、眼深、倾斜角进行设置，管道小屋必须与巷道顶部的金属网牢固连接，同时相邻的管道小屋也必须用12号的铁丝连接，以免炮击偏移。3)炮眼的配置和设置:周围的眼睛距排列杆的眼睛200mm，周围的眼睛尽量和管子的眼睛交错配置，炮眼的深度为1400mm，每只眼睛的药不超过1张。４）爆破后及时检查管棚与顶网的连接和相邻管棚之间的连接是否被打开，及时将其连接牢固，以作为临时支护。然后打锚挂网喷雾支撑板，金属网挂在管子下面，管子连接到整体6-9。

6应用效果分析

沙吉海煤矿含水松散膨胀复合型软岩巷道采用管架先进支护，保证施工中安全和巷道成型，降低工人劳动强度，为矿山快速、安全施工创造有利条件，缩短建矿周期，提高社会、经济效益。1)安全质量分析:先进支撑的管架间隔为0.45m，相当于提前进行临时支撑，这是主动支撑方式。巷道挖掘后，煤矿工作人员可以在管道小屋前面支护的掩护下作业，加强顶板控制，消除电影援助、顶部泄漏的安全危险，实现安全生产。实践证明，在施工轨道石门过程中，工轨道石门的过程中，没有出现帮助天花板的现象，对巷道的成形起着决定性的作用。同时，降低材料消耗和浪费，节省人力、物力、财力。2)经济效益分析:管道前支护长度3.8m，施工中循环尺寸1.2m，按正常施工顺序，每天完成3个循环，尺寸3.6m，只需打一次管架，提高挖掘速度，缩短施工周期。自管道棚的先进支护实施以来，2012年3月挖掘工作面50m，4月进尺70m，5月进尺90m，为矿山快速施工创造良好条件。

7结语

沙吉海煤矿轨道石门水泥化、沙化严重，易于帮助、漏水，在挖掘过程中随着挖掘、安全威胁大、施工困难的问题，通过现场工程地质调查和理论分析，明确了其破坏机理，提出了先进管道小屋+锚网索喷雾支持对策。在数值模拟分析的基础上，进行了胡同的断面支护设计、施工技术设计和现场工业性试验。通过本次研究和工程实践，主要得到以下认识和体验:1)采用先进管屋+锚网喷雾的支持方式，有效控制沙吉海煤矿含水松散膨胀复合型软岩巷道的大变形破坏，保证围岩稳定，消除大面积顶峰、帮助安全危险，为巷道快速安全施工创造良好条件。

2)松散膨胀复合型软岩巷道在施工过程中，容易频繁发生帮助、天花板泄漏现象。此时，对挖掘作业前方的围岩实施先进管屋支撑，对围岩起到有效的支撑作用，形成统一有效的整体，为后续挖掘工程提供了安全保证。3)应用先进管架+锚网喷雾支持松散膨胀复合型软岩巷道，具有显着的经济效益和较强的实用性，在沙吉海煤矿运输石门、回风石门、内外水仓挖掘过程中成功应用，为沙吉海矿区围岩地质条件的工程支持提供了有益的参考和参考

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