1、工程概況
冷泉礦上倉(cāng)輸送機(jī)斜巷是該礦主井煤倉(cāng)的運(yùn)輸要道，設(shè)計(jì)服務(wù)年限長(zhǎng)達(dá)60年，凈斷面為3.6m(寬)×3m(高)，斜長(zhǎng)266.7m，傾角15034'20"，起坡點(diǎn)相對(duì)標(biāo)高為- 730m，終坡點(diǎn)相對(duì)標(biāo)高為- 660m。
該斜巷自1998-06-07從南大巷的聯(lián)絡(luò)平巷向上掘進(jìn)，至10月15日施工到斜長(zhǎng)154.7m位置。其中自起坡點(diǎn)至5.4m段采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，5.4~154.7m段采用原設(shè)計(jì)的錨網(wǎng)噴與U型鋼可縮性支架聯(lián)合支護(hù)。施工過程中發(fā)現(xiàn)圍巖較為松軟破碎，層理、節(jié)理發(fā)育，圍巖以不規(guī)則鋸齒狀掉塊方式破壞，整條巷道處于高應(yīng)力區(qū)，支護(hù)困難。為此，鶴壁礦務(wù)局經(jīng)研究，決定同中國(guó)礦業(yè)大學(xué)合作，進(jìn)行新型支護(hù)方案試驗(yàn)；10月15日~11月11日采用新設(shè)計(jì)的錨網(wǎng)噴與帶底拱的礦用工字鋼支架聯(lián)合支護(hù)施工了40m，11月11日~12月18日采用新設(shè)計(jì)的帶混凝土底拱的錨網(wǎng)噴支護(hù)施工了72m，初步掌握了該斜巷軟巖支護(hù)特點(diǎn)，取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
2、地質(zhì)特征
(1)巖性特征。上倉(cāng)輸送機(jī)斜巷起坡153~176m段為灰黑色粉砂巖，176~ 223m段為紫斑泥巖，223~233m段為灰白色泥巖，233~ 253m段為灰黑色泥質(zhì)粉砂巖。
(2)構(gòu)造特征。根據(jù)工程地質(zhì)特征分析，上倉(cāng)輸送機(jī)斜巷起坡153~ 253m段圍巖主要有3組節(jié)理，即A組節(jié)理：走向320~ 3400，傾角70~ 800，屬NW向，近垂直；B組節(jié)理：走向220~2400，傾角70~800，屬SW向，近垂直；C組節(jié)理：走向20~ 300，傾角35~ 450，傾角較緩。A，B兩組為共軛節(jié)理，其主應(yīng)力近SN向；節(jié)理的延展性較好，貫穿于整個(gè)掘進(jìn)斷面，每米約有20~30條，閉合性好，無充填，大大降低了巖體的強(qiáng)度。
(3)礦物特征。上倉(cāng)輸送機(jī)斜巷圍巖由砂巖和泥巖組成，泥巖占50%以上。根據(jù)全巖分析結(jié)果，泥巖的主要礦物成分為粘土、石英、赤鐵礦，以及少量的鈉長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石，強(qiáng)度不低。根據(jù)粘土礦物X射線衍射分析試驗(yàn)結(jié)果，粘土礦物的主要類型為高嶺石、伊蒙混層和伊利石等，高嶺石的含量較高(61%~84%)，膨脹性的伊蒙混層含量不高(14%~32%)，說明膨脹性不是影響巷道變形的主要因素。
3、r-u復(fù)合型軟巖的適宜支護(hù)技術(shù)
3.1軟巖變形力學(xué)機(jī)制
根據(jù)試驗(yàn)分析，鶴壁礦區(qū)冷泉礦上倉(cāng)輸送機(jī)斜巷試驗(yàn)巷道的圍巖具有物化膨脹性和受節(jié)理影響的，在較高重力和工程偏應(yīng)力共同作用下的混合變形機(jī)制。根據(jù)工程軟巖劃分，屬高應(yīng)力(H)、節(jié)理化(J)復(fù)合型軟巖，即r-u復(fù)合型軟巖。
3.2支護(hù)對(duì)策
將原設(shè)計(jì)即錨網(wǎng)噴與U型鋼可縮性支架聯(lián)合支護(hù)稱為方案1，新支護(hù)設(shè)計(jì)即錨網(wǎng)噴與帶底拱的礦用工字鋼拱形支架聯(lián)合支護(hù)稱為方案2，優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)即帶混凝土底拱的錨網(wǎng)噴支護(hù)稱為方案3。方案2、方案3的巷道支護(hù)分別見圖1和圖2，各方案支護(hù)參數(shù)見附表。
3.2.1方案1存在的主要問題
方案1采用的是線性力學(xué)設(shè)計(jì)，存在以下主要問題：
(1)縫管式錨桿抗拉拔能力太低，作為一次支護(hù)，根本不能抵抗巷道圍巖的急劇變形，其強(qiáng)度與圍巖變形不耦合。
(2)可縮性U型鋼支架不能使巷道圍巖的變形能得到充分釋放，由于巷道變形在整個(gè)斷面是不均勻的，使得在斷面的某些部位發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，其圍巖壓力直接作用在鋼架上，導(dǎo)致鋼架的局部位置發(fā)生彎曲變形，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)鋼架破壞。
(3)U型鋼支架未帶底拱，支護(hù)未能成為1個(gè)封閉的結(jié)構(gòu)。
經(jīng)試驗(yàn)觀測(cè)，采用方案1支護(hù)兩個(gè)月后，U形鋼支架腿收斂位移量達(dá)400~1 000mm，高度方向收斂位移量達(dá)300~1100mm。巷道到目前為止仍未穩(wěn)定。
3.2.2方案2及其優(yōu)點(diǎn)
方案2是根據(jù)r-u復(fù)合型軟巖變形力學(xué)機(jī)制，采用軟巖巷道非線性力學(xué)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的，其主要優(yōu)點(diǎn)為：
(1)采用高強(qiáng)度螺紋鋼樹脂錨桿和鋼筋網(wǎng)耦合支護(hù)技術(shù)，錨、網(wǎng)強(qiáng)度和圍巖相耦合，使得巷道圍巖充分釋放變形能，保證圍巖受限制地變形。
(2)采用復(fù)合型托盤技術(shù)，避免了螺紋鋼
錨桿在絲扣處發(fā)生斷裂。
(3)采用預(yù)留剛隙柔層技術(shù)和鋼架技術(shù)
的耦合，預(yù)留的剛隙柔層保證了巷道圍巖在
錨、網(wǎng)、噴支護(hù)下充分地變形；采用帶底拱的
11號(hào)礦用工字鋼支架，在底梁和直墻之間采
用消力接口技術(shù)，以調(diào)整巷道圍巖工程偏應(yīng)
力所造成的支護(hù)體受到的圍巖壓力不均勻
性，使得巷道圍巖應(yīng)力均勻，避免了應(yīng)力集中。
采用方案2施工的巷道目前無底鼓現(xiàn)象，巷道變形量很小，兩幫和頂?shù)滓平坎怀^100mm。
3.2.3方案3的優(yōu)化
方案2架設(shè)的工字鋼支架主要起能量?jī)?chǔ)備作用，方案3優(yōu)化設(shè)計(jì)中取消了工字鋼支架。
根據(jù)方案2的支護(hù)情況，方案3優(yōu)化設(shè)計(jì)中取消了錨索支護(hù)。
采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方案（方案3）施工的巷道目前無底鼓現(xiàn)象，巷道變形量很小，兩幫和頂?shù)装逡平坎怀^100mm。
3.3經(jīng)濟(jì)效益比較
3.3.1直接經(jīng)濟(jì)效益
依據(jù)現(xiàn)行原煤炭部預(yù)算定額對(duì)上述3種方案的巷道單價(jià)進(jìn)行了測(cè)算，結(jié)果如下：方案1每m單價(jià)為15 233元；方案2為12 349元，較方案1節(jié)約2 884元；方案3為8 000元，較方案1節(jié)約7 233元。方案2試驗(yàn)段40m，較方案1節(jié)省11.536萬元；方案3試驗(yàn)段72m，較方案1節(jié)省52.077 6萬元，兩項(xiàng)合計(jì)共節(jié)約投資63.613 6萬元。
3.3.2間接經(jīng)濟(jì)效益
間接經(jīng)濟(jì)效益主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)降低了巷道返修率。采用新型錨網(wǎng)支護(hù)的112m巷道返修率為0。
(2)提高了施工速度。采用方案1的實(shí)際單進(jìn)為35m/月，采用方案2的實(shí)際單進(jìn)為44m/月，采用方案3的實(shí)際單進(jìn)為58m/月。
(3)提高了施工的安全性。
綜上所述，方案3技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)合理，造價(jià)低，施工速度快。在目前情況下方案3最優(yōu)，在圍巖更差的條件下可以考慮方案2。
4、對(duì)HJ復(fù)合型軟巖巷道支護(hù)的幾點(diǎn)體會(huì)
(1)巷道施工必須進(jìn)行光面爆破，軟巖揭露后應(yīng)盡快封閉，防止風(fēng)化。
(2)必須保證樹脂錨桿的安裝質(zhì)量，安裝錨桿前要對(duì)巷道進(jìn)行初噴。
(3)要對(duì)巷道進(jìn)行全斷面支護(hù)（封閉式支護(hù)），才能有效控制巷道變形。
(4)底角錨桿（與地面呈450夾角）對(duì)防止底鼓很有效。
cs)r-u復(fù)合型軟巖支護(hù)新技術(shù)先進(jìn)，支護(hù)效果好，經(jīng)濟(jì)效益明顯，有很高的推廣價(jià)值。
