高應力軟巖巷道錨桿支護參數優化

劉春陽

（湖南省煤業集團湘永礦業有限公司，湖南 永興 423315）

1 概況

銅角灣煤礦主采6煤層，-550m南底板運輸大巷為全巖巷道，北起于立井-550m水平主石門，南至井田南邊界，坡度為3‰，凈寬為3.0m，凈高為2.8m，總長1138m，主要位于6煤層底板粉砂巖、細砂巖中，部分位于泥巖中。巷道設計為半圓拱形，采用全斷面一次光面爆破成巷。巷道設計采用錨桿支護，頂部和兩幫錨桿均使用Φ35×1200mm管縫式金屬錨桿，間排距800×800mm，托盤150mm×150mm×6mm，金屬網900×1700mm×6mm，噴漿厚度≮100mm。巷道掘進中經常出現片幫、變形、底鼓，嚴重時支護完全失效，急需進行支護設計優化。

2 煤層底板巖性及裂隙探測

2.1 煤層底板巖性研究

6煤層直接底為薄層細砂巖，局部為粉砂巖，水平或緩波狀層理，厚0～7m，均厚約3m，底板較平整。通過RMT-150微機控制電液伺服巖石力學試驗機對6煤直接頂、基本頂、底板進行檢測，得到6煤層底板試件抗壓組試件的峰值荷載84.44kN、抗壓強度44.69MPa、彈性模量1.3121×104MPa、泊松比0.129。對照軟巖分級參數表，可以確定6煤層底板巖性為高應力軟巖。

圖1 -550m南底板運輸大巷支護示意圖

2.2 圍巖裂隙發育深度探測

對條件類似的3268工作面底板通風上山進行6煤底板巖石裂隙深度探測。在巷道圍巖上施工鉆孔，深度6m，直徑42mm。采用YTJ-20巖層探測記錄儀觀測得知：孔口巖層破碎最為嚴重，圍巖呈現松散破碎狀態，巖層破碎松散范圍為0～0.36m，明顯的裂隙發育范圍在0.36～0.63m，0.63～0.91m范圍僅出現少量細小裂紋，再往里巖層較完整。

表1 高應力軟巖分級情況表

3 錨桿合理長度的確定

根據上述觀測結論，認為在不支護的情況下，高應力軟巖巷道開掘后，巖層破碎離層范圍為0～0.63m，細小裂紋范圍為0.63～0.91m。因此，錨桿有效長度應該在0.63～0.91m內取值，過長則影響單進，綜合考慮取0.91m。

錨桿長度L由外露長度L1、有效長度L2、錨固長度L3組成。外露長度L1取決于錨桿類型，一般取0.1～0.15m，取0.15m；錨固長度L3一般取0.3～0.4m，頂板軟弱時取0.4m；錨桿有效長度L2是圍巖的不穩定層的厚度，為0.91m。因此，錨桿長度L=L1+L2+L3=1.46m。

由于-550m底板大巷難以避開“龜形結核”泥巖，巖性更軟弱，近于極高應力軟巖。通過上述計算可見，原支護設計采用的1.2m錨桿太短，宜改用Φ35×1600mm管縫式金屬錨桿，采用CK2850樹脂錨固劑錨固。

4 應用效果

通過增加錨桿長度，將錨桿長度由1200mm增加到1600mm，-550m南底板運輸大巷后續施工的760m巷道錨網噴支護質量有了顯著提高，片幫、變形、底鼓大幅減少。

錨網噴支護工藝簡單、操作簡便、安全可靠、經濟合理，是煤礦高應力松軟、破碎巖層支護的宜選支護形式。