93下06工作面軌順巷道恒阻大變形補強支護措施研究

王傳社

（兗州煤業公司南屯煤礦，山東 鄒城 273500）

1 工程概況

南屯煤礦93下06工作面總體為一單斜構造，南西高、北東低；工作面南西側及中部煤層走向近西東，傾向近北，靠近切眼區段煤層發生反傾，北東高，南西低，傾向近北東，煤層傾角12°～2°，平均6°。工作面在掘進過程中共揭露21條斷層，其中斷層3上F271（H=7.8m）、3F472（H=3m）、3F452（H=2.3m）、3F476（H=2.6m）、3F468（H=2.6m）落差較大，預計將對回采造成較大影響。

93下06工作面軌道順槽在頂板夾矸厚度≥5m區域采用圖1所示支護斷面：上凈寬4.0m，下凈寬4.2m，凈高 3.0m，S凈=12.3m2，S荒=14.08m2。

2 93下06工作面軌順巷道原支護方案

93下06工作面軌道順槽永久支護采用錨網+錨桿鋼筋梯+錨索的支護形式。

（1）錨桿支護。巷道頂部選用Φ22×2200mmKMG500左旋無縱筋等強螺紋鋼錨桿，每根頂錨桿配用1支CK23/70型、1支K23/50型樹脂錨固劑。巷道幫部選用Φ20×2500mm等強全螺紋金屬錨桿，每根幫錨桿配用1支CK28/70型樹脂錨固劑。正常情況下頂錨桿每排布置6根，間距780mm；幫錨桿每排每幫布置4根，間距900mm。錨桿排距均為900mm。

（2）錨索支護。巷道頂部選用Φ22×5500mm高強度低松弛預應力鋼絞線及配套鎖具，幫部選用Φ22×4000mm高強度低松弛預應力鋼絞線及配套鎖具。托盤均由Q235A鋼板制作，規格為 400mm×400mm×24mm或300mm×300mm×20mm。錨索張拉預緊力≮100kN，設計錨固力≮180kN。巷道頂部每根錨索配用1支CK23/70型、2支K23/50型樹脂錨固劑，幫部每根錨索配用1支CK23/70型、1支K23/50型樹脂錨固劑。

圖1 原有錨網索支護斷面圖

軌順頂錨索排距1800mm，每排沿巷中兩側各布置1根，間距1700mm，其均布置于相鄰兩排四根錨桿之間。幫錨索排距1350mm，呈“三花”型布置于沿空幫，每排錨注1根，即第一排幫錨索替代沿空幫靠肩部一根錨桿，第二排幫錨索布置于沿空幫中部相鄰兩排四根錨桿之間，如此循環。

3 恒阻大變形錨桿（索）補強支護設計

在工作面開采過程中，93下06工作面軌道順槽巷道變形破壞嚴重，原支護方法已無法滿足工作面回采的需求，因此需要采用新的補強支護方式。經技術部門的研究，決定采取恒阻大變形錨桿（索）的支護方式進行補強加固，以控制巷道圍巖的變形。

選取100m巷道作為試驗段，位置分別為：93下06工作面一次見方前后各25m的軌道順槽，共50m；軌順與九采一分區中部軌道巷貫通處10m后沿推進方向50m的軌道順槽，如圖2所示。

圖2 恒阻大變形補強支護位置示意圖

3.1 一次見方處補強支護方案

運用恒阻大變形錨桿（索）耦合支護方式對巷道頂板和實體煤幫進行補強支護，補強支護設計方案布置如圖3，支護方案如下：

（1）錨桿。實體煤幫恒阻大變形錨桿采用HMG-300-2.5型恒阻大變形錨桿，恒阻值18t，直徑Φ20mm，錨桿長度2500mm。布置于巷道上部相鄰兩排六根傳統錨桿中間，排距為900mm，呈“五花”型布置于實體煤幫，即第一排2根幫錨桿布置于上部相鄰兩排六根錨桿之間，間距900mm，第二排1根幫錨桿布置于上部相鄰兩排六根錨桿之間，如此循環。恒阻大變形錨桿預緊力要求≮15t。

（2）錨索。巷道頂部恒阻大變形錨索采用HMS35-300-5.0型恒阻大變形錨索，恒阻值35t，直徑Φ22mm，錨索長度5000mm，間排距1600×1800mm。每排平行布置2根恒阻大變形錨索，第1根頂錨索垂直頂板布置于兩排四根傳統錨索中間，第二根頂錨索與頂板垂線夾角15°布置于靠近沿空側相鄰兩排四根錨桿之間。恒阻大變形錨索預緊力要求≮25t。

（3）其他支護材料：

① 錨桿（索）托盤。恒阻大變形錨桿托盤使用恒阻大變形錨桿自帶托盤，規格：長×寬×高=400mm×400mm×24mm，中間鉆Φ100mm的孔。

② 錨固劑。頂部每根恒阻大變形錨桿配用1支K23/70型樹脂錨固劑；幫部每根恒阻大變形錨桿配用1支K23/70型樹脂錨固劑。頂部每根恒阻大變形錨索配用1支K23/70型、2支K23/50型樹脂錨固劑；幫部每根恒阻大變形錨索配用1支K23/70型、1支K23/50型樹脂錨固劑。

③ 當遇地質構造、煤巖體松軟破碎或巷道交岔點等特殊區域時，應視現場狀況加密錨索布置，適當縮小支護間、排距。

圖3 一次見方處恒阻大變形補強支護設計圖

3.2 聯絡巷影響處恒阻大變形補強支護方案

聯絡巷影響處的軌順巷道，運用恒阻大變形錨桿（索）耦合支護方式對巷道頂部和巷道兩幫進行補強支護，其補強支護設計方案布置如圖4所示，方案如下：

（1）錨桿。頂部恒阻大變形錨桿采用HMG-300-2.2型恒阻大變形錨桿，恒阻值18t，直徑Φ22mm，錨桿長度2200mm，間排距780×900mm。在靠近巷道沿空側每排3根傳統錨桿之間布置2根恒阻大變形錨桿，每根恒阻大變形錨桿布置于2根傳統錨桿中間，平行布置。

沿空幫恒阻大變形錨桿采用HMG-300-2.5型恒阻大變形錨桿，恒阻值18t，直徑Φ22mm，錨桿長度2500mm，排距900mm，每排布置1根恒阻大變形錨桿，布置于中部兩排4根傳統錨桿中間，平行布置。恒阻大變形錨桿預緊力要求≮15t。

實體煤幫恒阻大變形錨桿采用HMG-300-2.5型恒阻大變形錨桿，恒阻值18t，直徑Φ20mm，錨桿長度2500mm，布置于巷道上部相鄰兩排6根傳統錨桿中間，排距為900mm，呈“五花”型布置于實體煤幫，即，第一排2根幫錨桿布置于上部相鄰兩排6根錨桿之間，間距900mm，第二排1根幫錨桿布置于上部相鄰兩排6根錨桿之間，如此循環。

（2）錨索。巷道頂部恒阻大變形錨索采用HMS35-300-5.0型恒阻大變形錨索，恒阻值35t，直徑Φ22mm，錨索長度5000mm，每排布置1根恒阻大變形錨索，垂直頂板布置于兩排4根傳統錨索中間，排距1800mm。恒阻大變形錨索預緊力要求≮25t。

（3）其他支護材料：

① 錨桿（索）托盤。恒阻大變形錨桿托盤使用恒阻大變形錨桿自帶托盤，規格：長×寬×高=400mm×400mm×24mm，中間鉆Φ100mm的孔。

② 錨固劑。頂部每根恒阻大變形錨桿配用1支K23/70型樹脂錨固劑；幫部每根恒阻大變形錨桿配用1支K23/70型樹脂錨固劑。頂部每根恒阻大變形錨索配用1支K23/70型、2支K23/50型樹脂錨固劑；幫部每根恒阻大變形錨索配用1支K23/70型、1支K23/50型樹脂錨固劑。

圖4 恒阻大變形補強支護設計方案布置圖

4 補強支護效果

為了有效掌握巷道補強支護的效果，通過使用圖5所示的“十字布點法”對巷道的變形位移情況進行實時監測。在測點處鉆直徑42mm、深380mm垂直圍巖表面的鉆孔，再將直徑42mm、長約400mm的木樁打入孔內，在木樁端部安設環形鉤和平頭測釘，作為測量基點。然后采用紅外測距儀按一定的時間間隔，分別測量AO、BO、CO、DO等各測點間的距離，即可計算出各點的位移量，兩測點相鄰兩次測試數據的差值即為兩點相對移近量，以此累加相鄰兩次測試數據的差值即可得兩點相對總移近量。

通過長期的實時監測，我們得到了如圖6所示的巷道圍巖位移曲線圖。

圖5 表面位移測點布置示意圖(十字布點法)

圖6 巷道位移曲線圖

由圖6可知，補強支護后的巷道整體變形較小，巷道頂底板的最大移近量在50mm范圍以內，兩幫的移近量在140mm以內，均符合工作面回采要求，達到了巷道圍巖有效控制的目的。