錨桿配錨索交替支護技術在深部巷道支護中的應用

張紅武

(平頂山天安煤業股份有限公司十一礦，河南 平頂山 467000)

0 引言

平頂山礦區是我國地質條件最復雜的礦區之一，煤系地質松軟是典型的軟巖礦區。平煤十一礦受煤層傾角大、埋深大、地質條件復雜等地質因素的影響，特別是己組煤層頂板為復合頂板，圍巖構造應力普遍大于其他礦井，巷道支護難度大，圍巖應力集中，巷道變形收斂異常顯現，長期以來雖采用多種支護形式，效果均不理想，巷道圍巖仍的不到有效控制，在短時間內就要反復維修，成本極高，不能滿足生產經濟指標需求。十一礦己四下山采區，作為十一礦近期階段煤炭的主要戰場，隨著現代綜采綜掘機械化水平提高，時間工期都在與掘進和回采的生產效益賽跑。采用常規的支護技術已不滿足在高產高效狀態下支護環境巷道支護需求，一種簡便快捷易操作，安全高效質量高的支護理念及方法就顯的極其重要。為此，平煤十一礦在己四采區礦壓變形規律和錨網支護機理的基礎上進行分析研究，提出了實施高應力深部煤礦礦井巷道高強錨桿配錨索多層次交替支護技術的應用，在實驗中取得了較好效果。

1 工程概況

1.1 地質概述

平煤十一礦己16-17-24080工作面，己16-17煤層傾角8°～15°，一般為12°，煤厚4.4～6.7 m；一般5.76 m，己16-17煤層直接頂為1.5～2.6 m厚的泥巖或細砂巖，局部夾1～3層的0.1～0.2 m厚的煤線，老頂為8～21.7 m厚的砂質泥巖或砂巖，直接底為5～11 m厚的泥巖，老底為2～8 m厚的L2灰巖。垂直埋深平均800 m左右，巷道圍巖應力較高。煤層松軟，頂板整體承壓能力較差。

1.2 巷道圍巖變形分析

根據礦山壓力作用下出現的“斷裂-損傷-流變”變化規律配合已四己16-17-24080機巷巷道煤層地質柱狀圖。巷道頂板有砂巖或砂質泥巖，而且巷道頂板局部破碎，兩幫煤體松軟，頂板采用高強錨桿錨桿、4 m錨索、7.5 m錨索配剛性托梁聯合支護，實現高強度對巷道頂板圍巖的整體加強錨固，同時由于受圍巖應力影響，巷道兩幫承壓遞增，礦壓顯現異常強烈，再者底板底鼓，兩幫煤體脆弱易碎斷裂流變，容易形成圍巖松動圈，2.6 m錨桿支護強度受限，更易造成兩幫收斂變形，在巷道圍巖多重應力及特殊環境的影響下，巷道圍巖變形量更是顯現突出。

1.3 支護參數的確定

1.3.1 支護機理

高強度錨桿索支護能主動實現煤巖體物理力學性能力驅穩固，縮小圍巖三向應力差值和加固圍巖完整性，加強圍巖強度的支護優點，結合巷道易壓裂特性，提出的“高應力深部煤礦礦井巷道高強錨桿配錨索多層次交替支護技術的應用”設計方案，充分利用高強度錨桿支護，配合7.5 m、4 m錨索加剛性托梁實現多層次加固錨固，有效的控制了頂板離層冒落及兩幫收斂變形。

1.3.2 支護參數的確定

1)己16-17-24080機巷原設計支護形式為錨網支護，具體支護形式為：頂板采用φ22 mm×2 600 mm高強讓壓錨桿，配鋼帶梁支護，頂板采用φ21.8 mm×7 500 mm及φ21.8 mm×4 000 mm的錨索配36U托梁間隔布置加強支護，頂錨索間排距1 500 mm×750 mm。

2)在原有支護基礎上采用兩幫錨索托梁支護，兩幫采用高強錨桿支護， 4 m加強錨索加固支護，支護形式為：下幫錨桿采用φ22 mm×2 600 mm高強錨桿，配鋼帶梁支護；上幫錨桿采用φ22 mm×2 600 mm高強錨桿配鋼帶梁支護，上幫及頂板錨桿間排距750 mm×750 mm，下幫錨桿間排距700 mm×750mm，兩幫錨索支護形式為：φ21.8 mm×4 000 mm錨索配36U型鋼托梁，錨索間排距1 400 mm×1 600 mm。

2 礦壓監測與分析

2.1 礦壓觀測

每間隔50 m設立1個測站，每站設立不少2組測點，每組測點間距不超過15 m，每組分別在頂、底、兩幫中部布設測點，使用毫米鋼尺、小線等工具測量，并對巷道圍巖變形情況進行觀測。

礦壓分析： 2018年9月1日開始對080機巷10#測點前46.0 m附近布置了“十字”位移觀測點。根據該測點觀測數據顯示，2018年9月1日—2月28日180 d內，該處巷道上幫收斂130 mm，下幫收斂220 mm，共計收斂350 mm，平均每月上幫收斂21.6 mm，下幫收斂36.6 mm，共計58.3 mm。巷道在同比條件下己16-17-24030機巷兩幫收斂量1 200 mm相比，平均減少850 mm左右，分析對比，該巷道在采取多層次交替支護后兩幫收斂量減少了將近2/3。巷道圍巖得到了有效控制，達到了較好支護效果。

2.2 頂板離層儀情況

在每礦壓觀測站設立同時及時在頂板中部設立頂板離層儀，對頂板離層變化情況進行監測， 將4組變化數值進行加權平均后整理得下表，結果表明巷道頂板離層37 mm，遠遠小于同比條件下己16-17-24030機巷頂板離層平均在210 mm，對巷道頂板深部圍巖起到了較好控制作用。

礦壓分析：己16-17-24081機巷支護形式為錨網，根據該測點觀測數據顯示，2018年9月1日—2月28日180 d時間，累計疊加頂板下沉量為39 mm。遠遠小于同比條件下埋深相對較淺的己16-17-24030機巷頂板離層平均值210 mm，同時該測點附近巷道受埋深采動影響礦壓顯現，底鼓量大。事實證明，移交安裝，回采期間，該機巷無挑頂維修巷道。

3 經濟技術分析

3.1 技術比較

1)施工工藝簡單，易推廣，有利于提高工作效率。

2)兩幫錨索施工工藝簡單，易操作，便于職工掌握。

3)7.5 m、4 m錨索支護，多層次交替支護有效的加強了對復合軟巖頂板的支護，提高了支護強度。

4)錨索、鋼帶、剛性托梁加大接觸面，控制圍巖變形量，同時形成一個有機體，從而提高整體支護能力。

3.2 經濟比較

己16-17-24080機巷采用高應力錨桿索強支護技術與同等條件下己16-17-24030機巷采用錨桿索支護方法相比。同時對比正在回采的己16-17-24081工作面機巷，巷道圍巖變形情況及失修情況。巷道圍巖兩幫變形量減少800～1 200 mm，頂板下沉量明顯減少了300～800 mm。極大地控制了頂板下沉和兩幫的收斂變形，巷道失修率由原來的60%減少到5%以下，僅此就減少維修費用59.7萬元。

4 結語

平煤十一礦根據中科院專家客座課題研究及平煤集團開拓處要求，在己四采區地質條件復雜、礦壓變形規律和錨網支護機理的基礎上進行分析研究，提出了實施高應力深部煤礦礦井巷道高強錨桿配錨索多層次交替支護技術。該技術充分利用錨桿索支護主動能力，縮小圍巖三向應力差值和加固三向圍巖完整性，恢復圍巖強度的支護優點，減小頂板嚴重下沉威脅，有效的控制了兩幫收斂變形。該技術在圍巖應力分散，地質條件復雜的軟巖礦區，特別是在深井復合頂板特大斷面、大跨度的切眼圍巖巷道中，具有較好的應用價值和推廣前景，目前已經在平煤集團公司十一礦己四、己二、戊二下山采區和丁六石門主要巷道推廣使用。