回采巷道過斷層長短錨索組合優化支護技術研究

何雷雷

（山西高平科興云泉煤業有限公司，山西 高平 048400）

云泉煤業15102 運輸順槽過斷層時原支護方案不能有效控制巷道圍巖變形，巷道頂底板及兩幫圍巖破碎、支護困難。為解決巷道圍巖變形量，提出過斷層時采用長短錨索組合優化支護方案[1-4]。全錨索的支護形式在過斷層巷道中的有效應用，能夠確保煤礦巷道過斷層圍巖穩定性[5-7]，創造安全的作業條件。

1 概況

山西高平科興云泉煤業有限公司開采的15 號煤層傾角為2°～7°，厚度為2.03～3.86 m，平均3.22 m，煤層結構相對簡單。15102 綜采工作面南鄰15 號回風大巷，北鄰實體煤，西鄰15116 運輸順槽，東鄰實體煤。15102 工作面煤層頂板為厚6.33～12.89 m的石灰巖，抗壓強度為54.60～60.57 MPa，底板為厚1.86～3.93 m 的泥巖，抗壓強度9.36～13.00 MPa。

15102 工作面運輸順槽設計長度為1600 m，沿著15 號煤煤層頂板掘進，掘寬5000 mm、高3100 mm。掘進至1415 m 時揭露落差1.2 m 的F4 斷層，掘進至1505 m 時揭露落差1.9 m 的F2 斷層。運輸順槽在F4、F2 斷層區域的圍巖破碎，巷道變形嚴重，支護困難。

2 巷道原支護方案及圍巖變形破壞特征

2.1 巷道原支護方案

1）頂板支護。巷道頂板錨索采用規格為Φ17.8 mm×6000 mm 鋼絞線錨索，每排2 根布置，距巷幫1500 mm，間排距2000 mm×2400 mm，預緊力≥ 210 kN，配套托盤及錨固劑；錨桿采用規格為Φ22 mm×2400 mm 的MG500 高強度螺紋鋼錨桿，間排距為1000 mm×1200 mm，邊錨桿距巷幫500 mm，向巷幫側傾斜10°布置，每排布置5 根頂板錨桿。

2）兩幫支護。巷道兩幫每排布置4 根錨桿，規格為Φ22 mm×2000 mm 的MG500 高強度螺紋鋼錨桿，間排距900 mm×1200 mm，上部錨桿距頂板150 mm，向上傾斜10°，下部錨桿距底板250 mm，與巷幫垂直，錨桿的扭矩為200 N·m。

2.2 原支護暴露問題分析

在揭露斷層前原支護圍巖控制效果良好，但當15102 工作面運輸順槽揭露F4 和F2 斷層時，巷道圍巖出現破壞，主要破壞特征如下：

1）巷道頂板圍巖出現應力集中顯現，局部區域破碎，頂板中部有明顯下沉，個別錨桿、錨索被剪斷，金屬網也被破壞，最大變形量為720 mm。

2）巷道兩幫出現收斂變形，在揭露斷層的第一周，巷道圍巖變形速度明顯增快，最大移近速率可達55 mm/d，最大變形量為650 mm，局部夾有較薄煤層，已出現局部片幫現象。

3）巷道底板因淋水后圍巖軟弱，底板中部變形破壞明顯，出現底鼓，向兩幫側開始擴展，最大變形量為560 mm。

3 斷層帶長短錨索優化支護方案

F4、F2 斷層帶優化后的設計采用長短錨索組合支護方案。頂板采用6 m、3.5 m 兩種錨索，配套使用鋼帶組合進行支護；幫部采用3.5 m 短錨索支護，如圖1、圖2。支護參數如下：

圖1 過斷層長短錨索支護斷面圖（mm）

圖2 過斷層長短錨索支護平面圖（mm）

1）頂板支護。頂板長錨索采用規格為Φ17.8 mm×6000 mm 鋼絞線錨索，間排距2000 mm×1200 mm，每排為“212”布置，配套使用托盤及錨固劑，張拉預緊力≥ 300 kN；短錨索每排布置5 根，規格為Φ15.24 mm×3500 mm 鋼絞線錨索，間排距1000 mm×1200 mm，配套使用托盤及錨固劑，錨固力≥110 kN，單根短錨索預應力不小于120 kN。頂部短錨索搭配鋼帶規格為長4900 mm、寬80 mm、厚35 mm，孔間距1000 mm。頂板網片為Φ6 mm 的鋼筋焊接，規格為2800 mm×1400 mm，網孔大小為100 mm×100 mm。

2）兩幫支護。巷道兩幫每排布置4 根短錨索，規格為Φ15.24 mm×3500 mm 鋼絞線錨索，間排距900 mm×1200 mm，配套使用托盤及錨固劑，張拉預緊力≥ 250 kN，錨固力≥110 kN，單根短錨索預應力不小于120 kN。兩幫搭配幫鋼帶規格為長2900 mm、寬80 mm、厚35 mm，孔間距為900 mm。兩幫網片采用12#鐵絲編制而成的菱形網，規格為3000 mm×1400 mm，網格大小為50 mm×50 mm。

4 支護效果

為檢驗在15102 工作面運輸順槽過F4 和F2 斷層帶時長短錨索組合優化支護方案后的支護效果，在1450 m 和1550 m 各布置1 個測點來監測巷道圍巖頂板下沉、底板底鼓和兩幫收縮位移量。2 個測點監測周期都為60 d，監測頻率為5 d/次。圖3 為測點1 和測點2 巷道表面位移監測結果。

圖3 巷道表面位移監測結果

根據圖3 可知，兩測點圍巖頂板下沉、底板底鼓和兩幫收縮量總體變化趨勢基本保持一致。測點1 和測點2 都是在監測前20 d 內巷道圍巖變形速度增快，到20 d 后圍邊變形量開始逐漸趨于穩定，頂板最大下沉量為158 mm，底板底鼓量最大為92 mm，兩幫收縮量最大為166 mm，頂板、底板及兩幫圍巖變形量分別為原變形量的21.9%、16.4%和25.5%。

結合井下現場觀測的頂板離層監測與錨索載荷監測數據表明，運輸順槽頂板離層量為0～1 mm，錨索載荷監測結果如圖4。從圖4 錨索載荷監測結果可以看出：測站1 和測站2 頂板和兩幫錨索受力趨勢為觀測前期增長幅度大，觀測中期錨索受力開始呈下降趨勢，觀測中期往后錨索受力開始趨于穩定并且有小幅度波動。頂板錨索在觀測的1～6 d 內錨索受力增長速度急劇，最大300 kN，在觀測的7～12 d 內錨索受力開始逐漸減少，在13～29 d 內錨索受力逐漸穩定，錨索受力值穩定在285 kN 且有小幅度波動。但是，兩幫上部和下部錨索的受力值相差明顯，兩幫上部錨索最大受力值為142 kN，在觀測的12 d 后開始逐漸趨于穩定，兩幫上部錨索受力穩定在120 kN；兩幫下部錨索受力變化趨勢大致和上部錨索相同，兩幫下部錨索最大受力值為310 kN，在觀測的13 d 后開始逐漸趨于穩定，兩幫下部錨索受力穩定在275 kN。分析原因，由于15102工作面運輸順槽沿15 號煤煤層頂板掘進，巷道直接底為煤體，煤體受力后變形量遠大于頂板巖層變形量，因此下部錨索受力大于上部錨索受力值。通過圖4 測站1 和測站2 數據可以看出，錨索受力穩定且承載能力還有較大富余。由此可見，15102 工作面運輸順槽采用長短錨索組合優化支護方案效果較好。

圖4 錨索受力監測結果

5 結論

過斷層時采用長短錨索組合優化支護方案，增強了15102 工作面運輸順槽巷道圍巖的整體性。通過現場支護效果監測可知，頂板、底板及兩幫圍巖變形量分別為原變形量的21.9%、16.4%和25.5%。結合頂板離層儀和頂板兩幫的錨索受力值可知，優化支護方案能夠有效控制巷道圍巖變形量，錨索受力良好且有富余，效果明顯。