深部高應力巷道高強支護技術的實踐應用

蔣 敏

（同煤集團王村礦，山西 大同 037000）

深部復雜應力條件下厚煤層巷道圍巖變形破壞的特點主要有：巷道頂、底板容易出現破壞，頂、底板破裂區、塑性區范圍較大；頂板與兩幫煤體存在層理弱面時，巷道兩幫塑性區呈現出上寬下窄的梯形分布形態，表明肩角部位變形破壞較為嚴重；頂板與兩幫煤體存在層理弱面時，滑移變形是兩幫變形的主要形式；兩幫煤體的力學強度小，容易在大埋深、高構造應力作用下發生破壞。因此，深部復雜應力條件下厚煤層巷道圍巖控制的技術關鍵包括兩部分：一是控制圍巖破裂區、塑性區的發展，二是控制弱結構面的滑移變形。

同煤集團積極引進和借鑒國內外錨桿支護技術研究成果，通過在礦區的應用和改進，形成了包括錨桿支護理論、錨桿支護設計方法、錨桿支護材料、錨桿支護形式和工藝、錨桿支護工程監測的一套支護技術。該技術具有支護效果好、支護成本低、成套性和現場可操作性強等特點。以王村礦2301 切眼巷道為案例，進行深部復雜應力條件下厚煤層巷道圍巖控制的技術研究。

1 工程概況

王村礦2301 切眼（導硐）布置在第3 層煤中，煤層厚度3.9～9.7m，平均厚度8.45m，煤層硬度f=1～2，煤層走向為34°～18°，傾向為70°～108°，傾角為2°～10°。巷道煤層頂底板情況如表1 所示。

表1 2301 切眼煤層頂底板情況表

2 高強支護參數確定

針對王村礦2301 切眼（導硐）地質的情況，設計采用“錨帶網+錨索”的高強支護方案，根據工程類比法確定該巷道斷面為矩形斷面。該巷道正常斷面凈寬4.5m、凈高3.5m、凈斷面積15.75m2，通過計算確定高強支護參數。

2.1 按懸吊理論計算錨桿參數

2.2 按組合拱理淪計算錨桿參數

2.3 按工程類比法確定錨桿支護參數

根據附近已掘煤巷實際揭露的煤巖層狀況，2301 切眼（導硐）與2301 上、下巷屬一個煤層，圍巖特性及煤層變化情況相似，2301 上、下巷已掘煤巷支護效果較好，所以采用工程類比法選取與2301 上下巷煤巷相同的支護方式能滿足支護要求。

2.4 高強支護參數設計

通過以上懸吊理論計算和組合拱理論計算及相似相鄰巷道的工程類比，確定2301 切眼（導硐）巷道的高強支護參數如下：

（1）頂板選用左旋無縱筋（KMG500）讓壓錨桿，6 根，規格：Ф22mm×2500mm，尾部螺紋長度不小于18mm，配4550mm×280mm×3mm 的W鋼帶壓鋼筋網（托頂煤時先鋪設一層雙抗網，再鋪設鋼筋網）支護，錨桿間排距為850mm×800mm；兩幫采用全螺紋等強錨桿，5 根， 規格：22mm×2500mm，配W 鋼帶壓塑鋼網支護，錨桿間排距750mm×800mm；頂板和兩幫采用高強錨桿蝶形托盤，規格：150mm×150mm×10mm。頂板錨桿采用1 支MSCK2835 和1 支MSM2350 型樹脂錨固劑錨固；兩幫錨桿采用2 支MSZ2850 型樹脂錨固劑錨固。

（2）錨索選用Ф18.9mm 鋼絞線錨索，因切眼（導硐）以后要刷大，故錨索長度選擇為10.3m，錨索錨入穩定的基巖內不低于1500mm。錨索布置在巷道兩排鋼帶之間的頂板處，每根錨索采用六卷CK2850 型樹脂錨固劑加長錨固，錨索托盤選用長×寬×厚=300mm×300 mm×16mm 的高強錨索托盤。

3 高強支護方式的設計

2301 切眼上頭刷幫支護方式如圖1 所示。

圖1 切眼上頭刷幫支護

3.1 臨時支護設計

設計時使用吊環式金屬前探梁作為臨時支護，設備規格：≥3.5m 的Ф89 鋼管配專用方木、金屬錨桿和吊環固定。臨時支護設計示意圖如圖2 所示。每根前探梁≥2 個吊環，防止其滾動，吊環的錨桿外露絲長度在40～80mm，前探梁最大控頂距離1.5m。當巷道坡度大于8°時，采用防滑鏈固定前探梁防止前探梁下滑。當頂板地質條件發生變化時，若吊環使用不上，可用刮板輸送機鏈子代替。

圖2 切眼臨時支護

3.2 永久支護設計

2301 切 眼（ 導 硐） 采 用 錨 網 帶 加錨索作為永久支護。 頂板支護材料均為Ф22mm×2500mm 左旋高強錨桿、W 鋼帶（規格：4550mm×280mm×3mm）；頂板中間錨桿必須垂直于巷道巖面，北幫肩窩錨桿必須向巷道北幫傾斜，與鉛垂線夾角為20°～30°，使用異型托盤，以保證錨固端距鄰近幫不小于0.5m，南幫肩窩錨桿垂直于頂板。頂板鋪掛Ф6.0mm 鋼筋焊接的經緯網。鋼筋網規格為：長×寬=2500mm × 900mm。兩幫采用5 根Ф22mm×2500mm 全螺紋等強錨桿，配W 鋼帶（長1.8、1.05m，眼距為0.75m）壓雙抗網（規格3500mm× 800mm）支護。

3.3 頂板錨索加固參數

2301 切眼（導硐）采用錨索加強支護。錨索布置在巷道兩排鋼帶之間的頂板處，錨索長度選擇為10.3m。選用高強度、低松弛（II 級）黏結式預應力鋼絞線。選用3 支MS22350 型樹脂錨固劑，錨固長度不得低于1.5m，錨索錨入穩定的基巖內不低于1500mm，錨索間排距為2250mm×1600mm。托盤：規格為300mm× 300mm×16mm 的正心和偏心托盤，強度要與錨索強度相匹配。錨索外露長度不得超過200mm，預應力錨索單根設計錨固力應大于150kN。

4 現場觀測結果分析

2301 切眼（導硐）深部高應力巷道高強支護設計方案應用后，進行巷道變形數據觀測，對數據進行處理得圖3 結果。

圖3 巷道觀測點圍巖變形量

從圖3 可知變形量的變化趨勢：在0～22d 過程中，隨著觀測時間的推移，巷道頂底板變形和兩幫變形較快；從第22d 之后，巷道圍巖變形速度變得非常緩慢，在28d 后變形量穩定。巷道頂底板、兩幫最大位移量分別為140mm、105mm。從監測數據可知，該巷道的最大變形量數值較小，在允許變形范圍內，該高強支護設計有效地控制了巷道圍巖的變形量，高強支護方案設計合理。