錨桿錨索聯(lián)合支護在大斷面不穩(wěn)定圍巖煤巷中的應用

朱 俊

（山西宏宇誠鑄建設(shè)工程有限公司，山西 懷仁 038300）

井工開采是我國煤炭的主要開采方式，受到開采深度以及開采強度、地應力、地質(zhì)構(gòu)造以及巷道斷面較大等因素的影響，巷道圍巖的控制難度不斷加大。回采巷道圍巖的穩(wěn)定性直接關(guān)系到回采工作面的安全開采，因此在節(jié)理、裂隙等復雜構(gòu)造發(fā)育和松散破碎的煤層賦存地質(zhì)中進行回采巷道布置時，回采巷道圍巖的穩(wěn)定性支護問題顯得尤為重要。南陽坡礦408-2巷原采用單一的錨桿支護方式，巷道圍巖變形量大，巷道返修工程量大，制約巷道安全掘進。為了有效地對巷道圍巖進行控制，嘗試采用聯(lián)合支護方式對巷道圍巖進行控制。

1 工程背景

南陽坡礦408-2巷掘進工作面位于井下8號煤層一水平，服務于408盤區(qū)，井下標高在1188～1214m，地面標高在1390～1440m。8號煤層賦存較為穩(wěn)定，煤層厚度在5.1～6.2m間，平均厚度5.9m，煤層傾角在1°～4°，平均2°，為近水平煤層。表1為8號煤層及頂?shù)装鍘r性情況。

表1 8號煤層頂?shù)装鍘r性

408-2巷上北部為已采采空區(qū)，在巷道掘進前方受到兩條較大斷層F55斷層（∠59°H=15～57m）和DF53斷層（∠67°H=0～35m）的影響，回采巷道的圍巖穩(wěn)定性受到斷層等構(gòu)造的影響較為嚴重，需要加強支護。

巷道開挖之后，周邊巖層的受力狀態(tài)發(fā)生改變，從三向受力轉(zhuǎn)變?yōu)閮上?，應力狀態(tài)不穩(wěn)定，出現(xiàn)重新分布。垂向應力通過巷道頂板向兩幫轉(zhuǎn)移，水平應力向巷道頂板、底板轉(zhuǎn)移。圖1為巷道錨桿支護情況下圍邊變形量監(jiān)測情況。

圖1 錨桿支護狀態(tài)下圍巖變形量

圖1所示為在錨桿支護狀態(tài)時的巷道圍巖變形過程，圍巖的變形隨著巷道的開挖整體可以劃分為迅速增長、緩慢增長和基本穩(wěn)定三個階段。在監(jiān)測點距離巷道掘進頭0～30m時，巷道的變形處于迅速增長階段；在監(jiān)測點距離巷道掘進頭30～60m時，巷道的變形處于緩慢增長階段；在監(jiān)測點距離巷道掘進頭60m后，巷道的變形處于基本穩(wěn)定階段。

2 錨網(wǎng)索聯(lián)合支護的作用機理

錨桿錨索聯(lián)合支護的對象主要是巷道斷面較大，且受斷層、節(jié)理等構(gòu)造影響容易發(fā)生變形的巷道。錨桿錨索聯(lián)合支護能夠?qū)⑾锏赖膰鷰r從兩向受力狀態(tài)變?yōu)槿蚴芰Φ脑瓗r狀態(tài)，對于軟弱破碎的巷道圍巖能夠控制其變形，達到加固巷道圍巖、限制圍巖變形量來實現(xiàn)控制巷道穩(wěn)定性的目的。

錨桿錨索聯(lián)合支護與未支護條件下圍巖應力分布相同，圍巖的受力狀態(tài)得到較大改善。

與采用錨桿支護相比，錨索支護能將作用于巷道周邊的應力向巖層深部轉(zhuǎn)移，分散圍巖應力集中范圍及集中程度，增強巷道圍巖承載能力。錨索支護主要通過深入巷道圍巖內(nèi)部進行加固，將下部軟弱破碎、易變形的圍巖懸掛于上部堅硬巖層中，從而有效控制頂板巖層的下沉，以補充錨桿支護范圍較小的弊端。一般來說，回采巷道剛開挖后的變形速度最快，因此要及時對巷道圍巖進行支護。錨桿錨索被注入巷道圍巖后，將在圍巖內(nèi)形成一個以錨孔為中心的倒錐形力學作用區(qū)，并且倒錐形的角度與頂板巖層的巖性和錨桿錨索的支護長度等有關(guān)。

3 支護方案設(shè)計及支護效果監(jiān)測

3.1 支護形式及參數(shù)確定

根據(jù)煤層賦存條件及周邊工作面巷道實際揭露資料，結(jié)合周邊已回采的工作面的情況及類似礦井的支護經(jīng)驗，在該礦8號煤層408-2巷掘進工作面圍巖進行錨桿錨索支護，確定支護參數(shù)和支護形式如圖2所示。

具體的巷道支護參數(shù)如表2所示。

表2 巷道聯(lián)合支護參數(shù)

圖2 408-2巷支護參數(shù)圖

3.2 支護效果監(jiān)測和分析

在頂板及兩幫設(shè)置檢測點，觀測巷道掘進時的頂?shù)装搴蛢蓭妥冃瘟俊?/p>

408-2巷采用錨桿錨索聯(lián)合支護后，巷道維護效果明顯好轉(zhuǎn)，巷道頂?shù)装遄畲笠平拷咏?15mm，巷幫最大位移量為79mm，與相鄰的僅僅采用錨桿支護的巷道相比，巷道的圍巖變形量得到較好控制，保證了巷道圍巖的穩(wěn)定。

圖3 錨桿錨索聯(lián)合支護下圍巖的變形過程

由圖3分析可知，較之單采用錨桿支護條件下，錨桿錨索支護的巷道圍巖變形迅速增長階段更短，緩慢增長階段不明顯，并且位移量更小，位移也較為平緩，圍巖更快進入變形穩(wěn)定階段。

比較圖1和圖3，表明錨桿錨索支護作為一種聯(lián)合支護措施，能夠起到很好的控制圍巖持續(xù)變形、維持圍巖穩(wěn)定的作用。

4 結(jié)論

錨桿錨索聯(lián)合支護作為一種主動支護形式，對煤層地質(zhì)條件的適應性強，而且能夠顯著提高巷道圍巖的承載能力，有效保證回采巷道的穩(wěn)定性，是目前應用較為有效的支護方式。