大斷面硐室二次高強錨網支護應用研究

郭海軍

（潞安集團慈林山煤業夏店煤礦，山西 長治 046000）

隨著夏店煤礦開采向深部延伸，深部大斷面硐室圍巖大多呈現高應力軟巖特性，普通錨網索支護不足以控制大斷面軟巖巷道強烈變形。從現有的大斷面硐室支護狀況來看，支護體系只是單純增大支護強度，造成支護承載結構承載能力尚未完全發揮作用，導致硐室變形失穩。

1 工程概況

將主斜井一部皮帶機頭與二部皮帶機尾對接處改造為大斷面皮帶機頭硐室，在小斷面的基礎上分段刷大，巷道原斷面4.8×3.5m，改造后設計斷面為11×8.2m。施工層位為二1煤上部細砂巖及砂質泥巖。施工采用爆破方式作業分段施工，分次成型分次噴漿工藝邊掘邊噴。大斷面皮帶機頭硐室平面圖如圖1所示。根據主斜井附近10809鉆孔資料可知：巷道在擴修期間揭露的巖層主要為細砂巖和砂質泥巖，其中細砂巖：淺灰色，成分主要為石英，次為長石，間夾泥質團塊，質地堅硬；砂質泥巖：淺灰色，產植物狀，具光滑面，易風化、破碎。目前皮帶機頭硐室已完成一次支護，支護方式為錨網噴支護，錨桿采用Φ20×2000mm高強螺紋鋼樹脂錨桿，錨桿間排距800×800mm。全斷面鋪設金屬網，規格Φ6.5mm×2m×1m，網格60×60mm，搭接100mm，噴漿厚度200mm，強度等級C15。由于現有錨網支護承載結構穩定性差及底板未采取支護措施，不足以控制大斷面硐室的圍巖變形，所以，必須采用高強錨網支護技術有效控制大斷面軟巖硐室圍巖變形。

圖1 主斜井改造中部皮帶機頭硐室平面圖

2 大斷面硐室二次高強錨網支護數值模擬

結合主斜井現有采礦地質條件，針對大斷面皮帶機頭硐室的變形破壞特征，分別對大斷面硐室幫頂結構補強加固效果與底板控制技術進行模擬分析。建立計算模型時，錨桿索均用cable單元，初步考慮一次錨網錨桿參數為Φ20×2000mm高強螺紋鋼錨桿，間距800mm布置，二次錨網錨桿參數為Φ20×3000mm高強螺紋鋼錨桿，預緊力為60kN；錨索參數為Φ17.8×8000mm，1×7結構鋼絞線，間距1600mm布置（錨桿間隔布置），并在幫部錨索加強布置，預緊力為100kN。在數值模擬過程中，在距圍巖表面0m、1m、2m、3m、4m、5m、6m和7m處設置相應的觀測線，底板布置了5條觀測線，幫頂布置了7條觀測線，以更清楚的分析二次高強錨網支護過程中的圍巖變形情況。對數值計算模型運算后提取位移數據生成曲線如圖2所示。

圖2a是一次錨網支護時不同深度圍巖位移量變化曲線。從圖中可以看出：一次錨網支護時，圍巖大變形區域主要分布在巷道的兩幫，幫中位置最為明顯，最大變形量分別達到340mm；圍巖變形主要位于距離圍巖表面4.0m范圍內，隨著深度的增加，圍巖位移量逐漸減小，而4.0～7.0m范圍圍巖位移量變化幅度不大；淺部圍巖（3.0m范圍）中，從幫腳到頂中的圍巖位移量是先增大后減小，頂板中間位置表面圍巖最大位移量約180mm。

圖2b是對大斷面高應力軟巖巷道圍巖采取二次錨網幫頂加固后不同深度圍巖位移量變化曲線。從圖中可以看出：此時圍巖整體變形已大幅下降，巷道兩幫的大變形區域基本得到控制，幫中位置圍巖位移下降最為明顯，表面圍巖變形控制在100mm左右，下降幅度達到70%，說明經過幫頂加固的二次錨網支護使巷道兩幫與頂板的圍巖變形得到有效控制。

隨著深度的增加，圍巖位移量變化并無大的改變，主要還是距離圍巖表面4.0m范圍內圍巖變形，但與普通錨網支護相比，不同深度圍巖變形幅度均減小，采取二次錨網協同支護后，幫部和頂部4.0～7.0m范圍內的深部圍巖位移量仍然基本相同。

3 皮帶機頭硐室高強穩定型支護技術方案

（1）在一次錨網支護兩排錨桿間實施二次高強錨網索支護，二次支護在頂板每2排錨桿間補強3根Φ21.6×L6300mm的錨索，托盤為：300×300×16mm的托盤；每排錨桿在幫角處距底板300mm處補打一根錨桿，俯角15°，采用Φ20×2400mm的錨桿，托盤規格為120×120×10mm，并配合使用14mm的鋼筋梯子梁；在煤柱側巷幫每2排錨桿補打一排錨索，每排2根，第一根距頂板800mm，仰角10°，第二根距頂板2200mm，錨索采用Φ21.6×L4200mm的錨索，托盤為300×300×16mm的托盤并配合14mm的鋼筋梯子梁，梯子梁示意圖如下圖3所示。

圖2 不同支護方式下不同深度圍巖位移量

圖3 鋼筋梯子梁

（2）采用高強度鋼筋網護表，防止片頂、片幫形成網兜或錨空。頂、幫均采用6.5mm鋼筋網護表；網片長度為1830mm，寬度為990mm，網孔規格均為60×60mm。

4 支護效果

在主斜井皮帶機頭硐室設置一個巷道表面位移監測測點，圖4為支護工程施工完成半年后硐室表面位移觀測結果。由圖4觀測結果可知：硐室幫部變形量在98mm左右，平均變形速率為0.51mm/d，頂底變形量在135mm左右，平均變形速率為0.71mm/d。采取二次加固措施后，巷道圍巖變形速度在兩個月后趨于穩定，巷道兩幫總變形量在90mm左右，變形平均速率在0.47mm/d，頂底板相對位移量均在130mm左右，變形平均速率為0.68mm/d。采用新型支護技術后，巷道的兩幫位移速度在60d左右圍巖變形基本處于穩定，圍巖總變形量不大，滿足使用要求，表明：大斷面高應力軟巖硐室的圍巖變形得到有效的控制。

圖4 巷道表面位移觀測結果