軟巖巷道破壞機理分析及雙錨聯合支護技術

劉錫同

（山東興楊礦業有限責任公司，山東肥城272622）

3101工作面軌道順槽，正常條件下頂板為堅硬的巖漿巖，硬度系數 f＝11，煤層厚度 1.4～3.1m。 巷道設計荒寬×荒高＝4.2×3.2m，凈寬×凈高＝4.0×3.1m，施工至 T19 點前 30m 處時，頂板出現淋水，巖漿巖硬度遇水發生變化，巖漿巖破碎、變軟，發生片幫，錨桿、錨索孔內細小巖漿巖顆粒隨水流沖出。根據現場打注錨索發現，6米范圍內巖性均為遇水易變軟的巖漿巖，至8m時見粉砂巖，強度略低于巖漿巖。根據頂板離層測試儀的觀測記錄，發現頂板在一天內下沉量達到5mm，通過測中線發現右幫移近6mm，原有的支護方式已不能有效的控制頂板及兩幫。

1 破壞機理分析

1.1 重力應力場壓力大

3101軌道順槽垂深為-595m，地壓作用在支護結構上的載荷大，超過支護結構屈服強度后，造成巷道支護結構的破壞。

1.2 圍巖力學性能較差

巷道頂板為變質巖漿巖，普氏硬度系數f＝2～4，硬度較小，且層理發育，風化速度快，自穩性差，使巷道來壓時間間隔較短，不能滿足掘進施工的安全需要。

1.3 水的因素

巷道頂板有淋水現象，水的浸蝕使頂板巖石軟化、膨脹，巷道收縮現象明顯。

1.4 支護方式選擇不當

圍巖應力超過傳統錨網支護的強度，巷道斷面變化較快，單根錨桿錨固端為軟巖，錨固力不足，預緊力較低，起不到維護巷道的目的。

2 支護設計

2.1 3101軌道順槽過軟巖段煤層頂板情況

3101軌道順槽揭露煤層厚度為1.4m～3.1m，通過巷道揭露和打頂板孔得知，煤層頂板是巖漿巖、粉砂巖，通過打注錨索發現煤層頂板8m位置處存在一處軟弱夾層。

2.2 原有的支護方案

頂板支護方式為錨網索支護，頂板錨索間排距為1.8×2.7m，錨索采用 Φ17.8×6.3m 鋼絞線，錨桿間排距為 800×900mm，錨桿采用 Φ20×2400mm左旋無縱筋高強預應力錨桿，金屬網采用Φ6金屬焊接網，1400×1000mm；幫部支護方式為錨網（雙層）索+w鋼帶支護，錨桿間排距為 700×900mm， 錨桿采用 Φ20×2400mm等強錨桿，w鋼帶為wx135-3.0 型。

2.3 支護方式選擇

根據新奧法理論，回采巷道支護以錨網支護最為合理，按照錨桿的組合、懸吊作用，將軟弱的危巖懸掛于上方穩定巖層之中。由于直接頂較厚，中間有軟弱的夾層，采用錨網索支護形式很難保證支護的可靠性，因此采用錨網(雙層)索梁+木點柱構成組合支護方式。

錨網（雙層）索梁＋木點柱聯合支護技術主要通過錨索的作用原理：預應力錨索是一種把鋼絞線埋入巖層內部進行預加應力的施工技術，傳遞主體結構的支護應力到深部穩定巖層的主動支護方式。錨索安設鎖緊后，錨索集中應力以45°壓力分線傳遞到支護結構物上，在預應力作用下，圍巖產生壓縮，可是圍巖在錨索的彈性壓縮下形成“承載拱”，提高了圍巖的整體性和內在抗力，增加了強度，增大了圍巖的穩定強度。錨索支護能使結構物與圍巖連鎖在一起共同作用，能使圍巖發揮出更大的承載作用，有利于表面結構的穩定，并把結構和共同工作的圍巖介質組成復合體，被結構錨固的巖層能更有效地承受負荷產生的拉力和剪力，而且這些力的傳遞深度也比未經錨固結構的作用大得多。它利用其長度優勢，穿過圍巖松動圈或破碎帶達到深部穩定巖層中，把短錨桿范圍自承拱通過長錨索將其固定在較大的壓縮圈內，施以較大的預應力，形成明顯的主動支護，使圍巖得到有效控制。

2.4 支護參數設計與確定

2.4.1 懸吊理論 L≥L1+2D+L2

L1：錨入完整巖體長度，取 0.5m

L2：錨桿外露長度 0.1m

D：圍巖松動圈m

B＝巷道寬度 4.2m

f；巖石普氏系數，取3錨桿間排距

根據每根錨桿懸吊巖石重量確定，即錨固力大于或等于懸吊重量，通常按等距布置

2.4.2 支護參數選擇

根據巖層結構、巷道斷面及支護時的可操作性，頂板錨桿選用Φ20mm，L＝2400mm高強度錨桿，間排距為800mm×800mm，用3個樹脂藥卷加長錨固，托盤采用150×150×8mm金屬托板；兩幫選用Φ20×2400mm的等強錨桿，3個樹脂藥卷加長錨固，頂、幫部錨桿錨在w剛帶上。

2.4.3 錨索支護參數

根據頂板柱狀圖可知，錨索應錨固在厚度為6m左右的巖漿巖中，要比錨固在粉砂巖中更有效。錨索采用Φ17.8mm×6300mm的高強度鋼絞線，托盤采用200mm×200mm×10mm的鋼板，間排距1600mm×1600mm，每根錨索采用4支k2350型錨固劑加長錨固。

2.4.4 雙層網

頂、幫鋪設 6＃鋼筋網，網孔 100×100mm，網片規格 1400×1000mm，鋼筋網搭接長度100mm，每隔200mm三花連接；塑料網孔為30×30mm，網片規格 1400×1000mm，施工時，先掛塑料網，再掛金屬網。

2.4.5 工字鋼梁

頂板采用11＃礦用工字鋼，間隔1200mm在工字鋼上鉆眼，錨索托盤壓在工字鋼上。

2.4.6 木點柱

木點柱采用小頭直徑不小于300mm的圓木，工字鋼固定牢固好，將柱窩處底板臥至硬底，將木點柱支設在工字鋼下。

3 施工

3.1 施工準備

頂板錨桿孔、錨索孔使用MQT-120型錨索鉆機打眼，幫部錨桿采用7655型風鉆打眼。

3.2 施工技術要求

施工中不允許綜掘機截割巖漿巖頂板。

安設錨桿、錨索必須嚴格按設計進行。錨桿托盤必須緊貼鋼帶上，間排距不允許超過設計正、負值100mm；孔深2350mm，允許誤差0～+50mm。錨索托盤緊貼工字鋼棚，孔深6150mm，預緊力不小于80KN,錨固力不小于200k N，錨索外露長度：150～350mm。

木點柱大頭要支到硬底，小頭支在工字鋼上，并用木楔楔緊，木點柱支好后，將木點柱用防倒繩連成一體。

4 監測結果

巷道中圍巖變化經歷了掘進階段、穩定階段。掘進階段，頂、底板移近量平均5mm，兩幫移近量平均6mm；并隨著淋水的侵蝕，右幫片幫嚴重。

巷道開掘后7d之內圍巖變化較大，7d～15d之內趨于穩定，30d后基本無變化。

巷道從開掘至工作面開始準備，頂板及兩幫的移近量都在安全范圍之內，圍巖保持了較好的完整性，表明錨桿、錨索、網、工字鋼、木點柱組合支護結構是可靠的。

5 支護效果分析

雙錨組合支護起到了有效控制圍巖的效果提高了錨網的施工安裝質量，充分發揮了錨、網的支護作用。加入塑料網后，對圍巖的變形適應能力有較大提高，使錨索、梁、點柱成為一個完整的支護體，達到了設計要求。