復雜應力影響下順槽支護技術優化

郭 路

（晉城煤業集團寺河煤礦二號井，山西 晉城 048019）

礦井開采深度逐漸增大，應力也逐漸增大，巷道圍巖較淺部的變形、失穩及破壞現象更加明顯，過去單一的支護方式將無法滿足深部巷道支護的需要，采用組合支護形式已迫在眉睫。我國許多專家學者對組合支護形式進行了研究。將耦合支護技術應用于軟巖復合頂板突出煤層巷道，有效地解決了巷道的支護問題[1]；康虹等[2]采取錨網索支護技術解決深部松軟破碎煤層巷道支護問題；牛福龍[3]將錨桿錨索變形匹配技術應用于巷道支護；李書民等[4]將錨網索聯合支護技術應用于深部回采巷道中；何宗禮等[5]用預應力協同支護技術解決這類高應力破碎圍巖巷道的支護問題；在錨桿-錨索支護協同設計時，只有使錨索與錨桿協同配合，才能使錨桿、錨索預應力協同支護的效果達到最優[6]。基于此，本文以山西晉城煤業集團公司寺河礦二號井97采區97205巷高強錨桿、錨索聯合支護為研究對象，以期達到提高巷道穩定性，減少巷道圍巖變形量的目的。

1 工程概況

97205巷擔負97303回采工作面進風任務，巷道服務期限為24個月。97205巷上部3#煤為小煤窯破壞區，東、西、南三面皆為實體煤，北為97101巷。97205巷與97302工作面之間的煤柱寬度為30m，在97302工作面回采之前，97205巷將掘進完畢。97205巷設計采用矩形斷面，掘進寬度為4200mm，高度為2400mm。

9#煤層位于石炭系太原組中部，含夾矸0～2層，直接頂板為3.3m粉砂巖，局部地段為石灰巖，基本頂為5.3m的細砂巖；底板為0.8m的石灰巖。9#煤層頂部距3#煤層51m左右。9#煤層較穩定，煤層厚度平均為1.42m，平均傾角為5°，煤層結構簡單。

2 巷道原支護方式及巷道變形觀測

2.1 巷道原支護方式

97205巷主要采用樹脂加長錨固錨桿組合支護系統, 并進行錨索補強。

頂板：錨桿排距1200mm，間距1200mm，每排4根錨桿；錨索排距為3600mm，間距為2400mm。

兩幫：錨桿排距1200mm，間距1200mm，錨桿距頂距離400mm,起錨高度800mm。

原支護方案如圖1所示：

圖1 巷道支護示意圖（單位：mm）

2.2 巷道變形觀測

為觀測巷道的變形規律，為下一步對巷道支護方式改進提供依據，采用“十字”布點法觀測巷道表面變形。沿大巷掘進方向每掘進50m布置一個測試斷面。原支護方式巷道表面位移如圖2所示。

圖2 原支護方式巷道表面位移

由圖2可以看出，原有支護方式下，巷道兩幫移近量為550mm，頂底板移近量為101mm。巷道圍巖的變形量大，該巷道條件不能滿足礦井的正常生產作業。對原支護方式進行改進，提高巷道的支護效果，降低巷道的維修成本是很有必要的。

3 支護方式改進及巷道變形觀測

對錨桿進行優化，采用蛇形錨桿，如圖3所示，提高錨桿的可變形性、讓壓性能；采用快裝高預應力“鳥窩”錨索，如圖4所示，提高錨索的錨固力、錨固范圍及讓壓性能。

圖3 蛇形錨桿示意圖

圖4 快裝高預應力“鳥窩”錨索

3.1 巷道優化后支護方式

優化后的巷道支護方式為：預應力“鳥窩”錨索、蛇形錨桿、金屬網聯合支護。

頂板：錨桿排距1200mm，間距1100mm，每排5根錨桿，150×150×8mm高強托盤；錨索采用“三花”布置，排距為2400mm，間距為2200mm，300×300×10mm高強托盤。

頂板：錨桿排距1200mm，間距1100mm，錨桿距頂距離為500mm，150×150×8mm高強托盤。

改進后的支護方案如圖5所示：

圖5 優化后的巷道支護示意圖

3.2 支護方式優化后巷道變形觀測

為觀測巷道的變形規律，確定優化后的支護方式對巷道的支護效果，采用“十字”布點法觀測巷道表面變形。沿大巷掘進方向每掘進50m布置一個測試斷面。支護方式優化后巷道表面位移如圖6所示。

由圖6可以看出，對支護方式進行改進后，巷道圍巖變形在滯后工作面100m后趨于穩定，巷道兩幫移近量為170mm，頂底板移近量為70mm。巷道圍巖的變形量較原支護形式有大幅的降低，巷道兩幫移近量僅為原支護方式的三分之一，頂底板移近量為為原支護方式的70%，取得了良好的支護效果。

圖6 支護方式改進后巷道表面位移

4 結論

采用預應力“鳥窩”錨索、蛇形錨桿、金屬網聯合支護技術代替原有的錨桿錨索聯合支護，提高了支護系統對巷道圍巖的支護效果，巷道兩幫移近量僅為原支護方式的三分之一，頂底板移近量為原支護方式的70%，保證了巷道長期正常安全使用的要求。