工业试验实施方案细纲
按照一般规律，工业试验应在实验室实验和足够的理论研究结果出来之后进行。但是，鉴于目前李雅庄矿软岩大巷居高不下的支护成本和由于反复翻修而占据大量人力、财力，严重制约着李雅庄矿的经济效益和劳动生产率，迫切需要对上前的支护现状进行改革，现依据已有的理论研究成果和国内外类似条件下的支护经验，拟定出355运输大巷支护的工业试验初步方案，在实施过程中，根据根据发现的问题和支护质量监测结果，再进行进一步的修改和完善，即采用施工监测与反馈的设计方法，使支护方案逐步完善。
1、355运输大巷概况
2、掘进工艺
355运输大巷采用钻爆法掘进。有关掘进施工工艺、参数和工序衔接等按原作业规程进行。
3支护方案总体设计
通过对李雅庄矿355运输大巷的初步调查与分析，认为该巷道围岩具有薄层状、碎裂、松散、膨胀、强风化蚀变和高地应力作用等特征，属于典型的软岩巷道。以此为依据，设计该巷道的总体支护方案为：
①为保证今后巷道底臌严重时清底工作的顺利进行，在原设计断面的基础上，将巷道底板向下超挖400mm。
②巷道开挖达到设计断面要求后，立即向围岩表面薄喷一层（厚约3~4mm）净水泥浆，以封闭围岩表面，提高围岩表面的粘结力。
③进行全断面锚-梁-网基本支护。
④加打顶板快速承载小直径锚索。
⑤对巷道围岩进行初次喷射混凝土，喷厚40~60mm（预留锚索孔和注浆孔位置）。以上①—⑤工序必须连续进行。
⑥滞后迎头40m左右（或掘后30d左右）对巷道围岩进行注浆加固。
⑦滞后注浆20~30m（或注浆后20~25d），对巷道全断面进行第二次喷射混凝土，顶、帮喷至设计厚度200mm，底板视前期底臌变形量大小喷至原设计高度（喷厚—前期底臌量）。
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4 施工技术与工艺
4·1薄喷净水泥浆
巷道断面形成后，立即向围岩表面薄喷一层净水泥浆，喷射厚度3~4mm。净水泥浆水灰比0.44：1，速凝剂掺加量为水泥重量的3%，TY—B型有机硅防水剂掺量为水泥重量的1.2%。
4·2锚-梁-网基本支护
①基本支护的作业顺序：先拱顶，后两帮，最后底板。
②锚杆参数：采用霍州矿务局生产的螺弹劾钢锚杆。锚杆材料的力学牲风表1所示。锚杆直径Φ=22mm，锚杆长度L=2500—3000mm；两帮和底板锚杆间距800mm，拱部锚杆间距785mm，锚杆排距700mm，巷道周边共22根基本锚杆，其中底板7根，两帮各3根，顶拱部9根。
③锚杆钻孔机具与钻孔直第七选择：采用风动锚杆钻机打顶板锚杆孔，强力煤电钻（1.5KW）打帮锚杆孔和底锚杆孔。根据国内外试验研究结果，当使用无纵筋左旋螺纹钢锚杆时，钻孔直第七与锚杆直第七之差应在4~10mm之间；当使用带纵筋月牙肋建筑螺纹钢锚杆时，钻孔直第七与锚杆直第七之差应在6~12mm之间。为了获得较大的锚固力和较好的支护效果，上述数值一般应取中间偏下值。我国煤矿上前主要应用的钻孔直径有Φ28mm、Φ33mm和Φ43mm等几种。因此，顶板采用Φ27mm钻头和Φ19mm六方钻杆，两帮和底采用Φ27mm钻头和飞龙钻杆打帮孔和底孔。锚杆孔深为2.5~3.0m（视钻孔机具的性能而定，尽量钻到3.0m深）。
④锚固形式：锚固形式有全长锚固和端头锚固两种。全锚与端锚相比有如下优点：第一，在巷道围岩较破碎的情况下，全锚后围岩的整体性得到加强，提高。第二，全长锚固时，“销钉作用”使锚杆沿钻孔的全部长度范围内的围岩都受到变形约束，限制了离层现象的发生，保持了巷道围岩的稳定性。第三，全长锚固时钻孔中没有任何空隙，锚固剂和杆体的存在将增加层面间的搞剪能力，减轻层面间相互错动现象的发生，从而提高顶板稳定性。第四，全长锚固有效地提高了锚杆支护系统的刚度，限制围岩变形的发生。因此为了最大限度地发挥锚杆支护的作用，采用全长锚固。
⑤锚固剂及其长度：采用树脂卷锚固剂。树脂卷直第七一般应比钻孔直第七小4~6mm，由于钻孔直径为28mm，故选择直径为23mm的树脂卷。
经计算：顶板锚杆锚固剂长度1.59m
为了保证锚杆尽快获得锚固力，提高掘进速度，需要在钻孔中装入两种速度的树脂锚固剂，
孔底为一卷快速药卷，凝胶时间0.5—1.0分钟，其余为中速药卷，凝胶时间3—4分钟。在实际施工中，每孔使用CK2333一卷和Z2388二卷。
底板和两帮锚杆锚固剂长度：上前我国可以用于底板和两帮锚杆钻孔的主要设备是煤电钻，由于受搅拌力矩的限制，不能实现长锚杆全长锚固。因此，一般采用加长端头锚固方式。根据锚杆杆体极限载荷和树脂卷与围岩的粘结强度确定锚固长度2.26M 在实际施工中，每孔使用CK2333和Z2388各一卷。
⑥托梁、护网及托板：托梁采用φ16圆钢焊制的钢筋梯子梁，两帮的钢筋梯子梁长度为3.5m，拱部和底板的钢筋梯子梁长度为5m，在锚杆位置均焊有100mm长横撑格。护网为10#铅丝编制的普通菱形金属网。托板的承载能力应与锚杆的力学性能相适应，使用中间突出的Φ140×8mm中孔Φ24mm的圆形钢托板。
⑦锚杆施工工艺：每循环锚杆支护的施工工艺为，打顶板中间一个锚杆眼——铺设顶网、钢筋梯子梁——装树脂卷——安装中间顶析锚杆——用锚杆机打其货币流通锚杆孔并安装锚杆——打两帮锚杆孔，铺设护网、顶梁，安装锚杆——打底板锚杆孔，铺设护网、顶梁，安装锚杆。
4·3当基本支护完成以后，立即进行顶板快速承载小直径锚索的施工。试验两种锚索布置方案。方案一：在巷道拱顶轴线上和距巷道拱顶轴线向两边各1.8m处布设三道锚索，锚索行距1.8m，排滤2.1m，乔三根。方案二：在距巷道拱顶轴线向两边各1.1m，锚索行距2.2m，排距2.1m，每排两根，矿压观测结果分析后，决定取舍和进一步修改。
锚索为单根钢绞线的小锚索，锚索规格为Φ15.24mm的7股低松弛钢绞线。用国产风动锚杆钻机打锚索孔，锚索孔直径28mm。托梁为14#槽钢，每节长度2.3m。预应力自由锚索在结构上可分为锚固段、自由估和孔口固锁段三部分。钢绞线长10.0m，锚索孔深9.5m，外露0.5m。按锚固剂与围岩（煤）的最小粘结力和锚索的破断载荷估算锚固段长度及用Φ23的树脂卷长度。
在实际施工中，每孔使用1卷K2333卷，其余为Z2388卷。
择 卷搅拌后1小时就可上好槽钢和外锚具张拉预紧，为使锚索产生足够张力，用专用张拉泵张拉锚索，井下常用的张拉泵型号为：YBZ2×0.5-63，其主要性能指标为：额定压力63Mpa，额定流量2×0.5L/min。在实际施工中，预紧力以100KN为宜。
4·4初次喷射混凝土
基本支护完成后，立即对巷道全断面围岩表面进行初次喷射混凝土，喷层厚40~60mm（预留锚索孔和注浆孔位置）。喷浆材料、喷浆技术与工艺按原作业规程进行，但在原喷浆材料中加入TY—B型有机硅防水剂，掺量为水泥用量的1.1%~1.4%（或每立方混凝土掺防水剂5Kg）。实验表明，在水泥砂浆中按一定比例掺入防腐水剂，可使搞水压能力达到1.2NPA，而未掺防水剂的搞水压能力为0.6Mpa左右，搞压强度比普通水泥砂浆高72%，搞弯强度可提高约94%。
有机硅防水剂在硅酸盐类建筑材料中的防水机理为：有机硅防水剂的主要万分是甲基硅醇钠，在水和二氧化碳作用下，生成甲基硅醇。反应生成砀硅醇基（3SI-OH）很活泼，一方面能进一步反应，缩合成高分子化合物——网状有机硅树脂膜（体型结构具有憎水性）。另一方面由于硅酸盐建筑材料表面含有很多硅醇基，这些硅醇基能与防水剂的硅醇基反应脱水交联，而使其表面键合上径基（憎水基），从而使其结构完全等同于有机硅树脂，降低表面张力，使水的接触角增大（105°左右），实现“反毛细管效应”，即建筑材料的表面张力降低到甲基硅醇钠的表面张力水平，这就防止了水以液态形式渗入到工程材料的内部，具有高效防水作用。而空气和水汽可无阻碍地通过防水膜渗透出来，故仍可保持工程材料的透气性能。
有机硅防水剂在非硅酸盐建筑材料中的防水机理：因水溶性甲基硅醇纳具有碱性和离子的特征，它可以从非硅酸盐材料——石灰石（CACO3）中浸出少量碳酸盐离子，然后再发生取代反应生成化学键，甲基硅醇纳中甲基键合到了石灰石表面，从而使石灰石表面具有憎水性，也同样产生防水效果。
4·5巷延围岩注浆加固
4.5.1注浆加固的技术原理
从灌压粘土浆开始，注浆技术已有200年历史，注浆用于井下巷道也已有近百年。60年代以后，随着注浆技术的发展，特别是浆液材料的多样化和效能的突飞猛进，注浆技术在地下工程，也包括在煤矿中的应用就更为普遍，它在煤矿井直一般可以用于堵水、灭火、密封瓦斯以及对软岩和构造破碎层进行加固，处理围岩冒落塌坍事故，进行巷道修复等。近20年，由于现代支护理论的进步和注浆加固能力的提高，围岩注浆加固的巷道稳定技术在原苏联、德国等地开始研究和应用。
注浆加固围岩的巷道稳定技术，是一种在巷道中滞后作业的后注浆技术。它与在巷道破碎围岩地段的修复工作不同，这种注浆工作是在巷道沿未稳定的过程中进行的，是为巷道进一步稳定提供更好的围岩条件。
围岩的性质和巷道开挖后围岩的状态是巷道稳定的重要因素，由开挖所造成的围岩高应力中的相当一部分可由围岩本身承担。一旦岩体被破坏而丧失强度，它不公不能成为巷道的稳定因素，反而会成为支护的载荷。注浆加固就是在巷道开掘后围岩变形尚未稳定时，利用浆液来充填和固结被破坏了的或者是原有的裂隙面，提高岩体强度，充分发挥岩体的承载能力，参与巷道围岩内应破裂后注浆体固结强度可以达1~6Mpa，这个数量和目前各种支护强度（包括砼碹和U型钢支护）相比要高出5~10倍。因此，它是一种经济而有效的巷道稳定手段。
巷道开掘以后，由于应力集中和应力状态的改变，造成围岩因压力过大而出现变形和破坏，一方面由于围岩的强度降低产生较大的张开裂隙，同时又导致围岩的变形和破坏进一步恶化并向深处发展，如此反复，直至实现新的平衡，这一过程根据岩石性质不同，可能要持续一、二个月或者更长的时间。对于一些相当软弱的岩石，由于岩石没有其它的强度能力补充，也会出现长时间不能稳定的情况。显然，在巷道稳定的过程中恢复破裂后的岩石强度，为围岩提供足够的平衡能力，就能抑制围岩平衡过程中的进一步变形和破坏。当然，围岩平衡状态不同，岩石的破裂程度不同，注浆加固的条件和要求就不一样，最终的加固效果也不相同。
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