堅(jiān)硬頂板1-1022 巷錨網(wǎng)索梁主動(dòng)控制技術(shù)研究

秦紅強(qiáng)

（霍州煤電集團(tuán)洪洞億隆煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 臨汾 041600）

井工開采礦井服務(wù)期內(nèi)巷道的圍巖穩(wěn)定直接影響到礦井的安全高效開采[1-2]，專家學(xué)者提出了組合梁、壓力拱、最大水平應(yīng)力等理論假說，以及錨桿支護(hù)、架棚支護(hù)等聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，推動(dòng)了巷道圍巖控制理論和技術(shù)的發(fā)展[3]。高強(qiáng)度、高剛度、高預(yù)緊力錨桿支護(hù)和預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)是實(shí)現(xiàn)巷道圍巖主動(dòng)控制的主要技術(shù)手段之一，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)礦井巷道支護(hù)，尤其是煤巷支護(hù)?！叭摺卞^桿支護(hù)可有效提高直接頂巖層力學(xué)性能，形成主動(dòng)錨固控制區(qū)域，實(shí)現(xiàn)支護(hù)圍巖共同承載。預(yù)應(yīng)力錨索將錨桿錨固區(qū)域主動(dòng)懸吊至穩(wěn)定巖層，增強(qiáng)錨桿錨固強(qiáng)化區(qū)域范圍，充分發(fā)揮基本頂巖層的承載能力[4-5]。

1 工程概況

億隆煤業(yè)1-1022 巷服務(wù)于1-102 工作面，巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度650 m，擔(dān)負(fù)著回風(fēng)、輔助運(yùn)輸任務(wù)。巷道位于東梁村以東，地表為黃土丘陵和溝壑，黃土層厚度118～136 m，基巖厚度為170～210 m。巷道以西為1-101 工作面，以東為設(shè)計(jì)1-102 工作面，北部為軌道下山巷，南部為井田邊界萬安斷層。巷道埋深410～430 m。1-102 工作面開采煤層厚度1.5～1.7 m，平均厚度1.6 m，傾角6°～8°，平均傾角7°，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定。煤層直接頂巖層為5.5 m 厚的灰黑色砂質(zhì)泥巖，巖性以石英為主，厚度增厚時(shí)相變?yōu)榉凵皫r，次圓狀波狀層理，中間夾有兩層煤線；基本頂巖層為6.5 m 厚的灰白色K8中砂巖，巖性以石英為主，含暗色礦物及煤屑，鈣質(zhì)膠結(jié)，致密堅(jiān)硬；直接底巖層為5.0 m 厚的灰黑色泥巖和砂質(zhì)泥巖互層結(jié)構(gòu)，巖性以石英為主，性脆、質(zhì)軟，含植物化石碎片，斷口平坦。

2 堅(jiān)硬頂板下巷道主動(dòng)控制可行性分析

主動(dòng)控制是指巷道開挖后及時(shí)采用相應(yīng)的技術(shù)手段對(duì)巷道表面圍巖形成主動(dòng)約束力，提高巷道圍巖的力學(xué)性能，促使其形成穩(wěn)定承載結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮自身承載能力，從而實(shí)現(xiàn)巷道圍巖的長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定控制，目前常用的技術(shù)手段有錨桿支護(hù)、預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)等。1-1022 巷賦存較厚的堅(jiān)硬頂板巖層可為巷道主動(dòng)控制提供一定的基礎(chǔ)，應(yīng)充分利用其承載能力。

1-1022巷直接頂為5.5 m厚的灰黑色砂質(zhì)泥巖，其強(qiáng)度較低，裂隙較為發(fā)育，受掘進(jìn)影響易產(chǎn)生變形，因此采用高強(qiáng)度、高剛度、高預(yù)緊力錨桿實(shí)現(xiàn)主動(dòng)支護(hù)，提高直接頂巖層力學(xué)性能，形成主動(dòng)錨固控制區(qū)域，實(shí)現(xiàn)支護(hù)圍巖共同承載。

1-1022巷基本頂為6.5 m厚的灰白色K8中砂巖，鈣質(zhì)膠結(jié)，致密堅(jiān)硬，巷道支護(hù)時(shí)應(yīng)采用預(yù)應(yīng)力錨索將直接頂巖層形成的錨桿錨固區(qū)域主動(dòng)懸吊至基本頂巖層，增強(qiáng)錨桿錨固強(qiáng)化區(qū)域范圍，充分發(fā)揮基本頂巖層的承載能力。

3 錨網(wǎng)索梁主動(dòng)支護(hù)技術(shù)

1-1022 巷設(shè)計(jì)掘進(jìn)長(zhǎng)度650 m，掘進(jìn)斷面為矩形，寬3.6 m，高2.7 m?；趫?jiān)硬頂板下巷道主動(dòng)控制思路的分析，開發(fā)錨網(wǎng)索梁主動(dòng)支護(hù)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)1-1022 巷圍巖的穩(wěn)定控制。巷道支護(hù)斷面圖如圖1，具體支護(hù)參數(shù)如下。

（1）錨桿參數(shù)。錨桿采用L2.0 mΦ20 mm的左旋無縱筋高強(qiáng)錨桿。頂板錨桿間排距0.85 m×0.80 m，每排5根，中間3根錨桿垂直于頂板布置，兩側(cè)的2 根錨桿與頂板呈75°夾角布置，每根錨桿配套2 支樹脂錨固劑，1 支CK2340、1 支Z2388，其中CK2340 靠近內(nèi)側(cè)，Z2388 靠近外側(cè)，設(shè)計(jì)預(yù)緊力矩不小于280 Nm，錨桿外露10～50 mm；幫部錨桿間排距0.80 m×0.80 m，每排4 根，每根錨桿配套2 支CK2340 樹脂錨固劑，設(shè)計(jì)預(yù)緊力矩不小于200 Nm，錨桿外露10～50 mm。頂板每根錨桿均配套使用規(guī)格為150 mm×150 mm×6 mm 方形高強(qiáng)托盤和相匹配的減磨墊片、螺栓。高強(qiáng)度、高剛度、高預(yù)緊力的頂幫錨桿可強(qiáng)化直接頂砂質(zhì)泥巖力學(xué)性能，促使圍巖形成主動(dòng)控制錨固區(qū)域。

（2）錨索參數(shù)。頂板采用錨索加強(qiáng)支護(hù)，錨索采用規(guī)格L8.0 mΦ17.8 mm 的高強(qiáng)度低松弛應(yīng)力鋼絞線（1×7 股），間排距1.3 mm×2.4 mm，每排2 根，垂直頂板布置，每根錨索配套4 支樹脂錨固劑，2 支CK2340、2 支Z2388，其中CK2340 在內(nèi)側(cè)，Z2388 在外側(cè)，預(yù)緊力不低于35 MPa，每根錨索配套規(guī)格為300 mm×300 mm×12 mm 高強(qiáng)度拱形托板及專用調(diào)心球墊和鎖具。采用長(zhǎng)度8.0 m的預(yù)應(yīng)力錨索將錨桿錨固區(qū)域主動(dòng)懸吊至基本頂巖層，增強(qiáng)錨桿錨固強(qiáng)化區(qū)域范圍，充分發(fā)揮基本頂巖層的承載能力。

（3）梯子梁參數(shù)。錨桿采用梯子梁桁架連接，梯子梁桁架由Φ12 mm 鋼筋焊接而成，頂板梯子梁寬50 mm，長(zhǎng)3.6 m，幫部梯子梁寬50 mm，長(zhǎng)2.6 m。采用梯子梁桁架促使錨桿錨固范圍耦合，有效增加主動(dòng)支護(hù)結(jié)構(gòu)護(hù)表面積，進(jìn)一步強(qiáng)化圍巖承載結(jié)構(gòu)。

（4）金屬網(wǎng)參數(shù)。金屬網(wǎng)采用菱形金屬網(wǎng)，10#鐵絲編制而成，頂板金屬網(wǎng)規(guī)格為3.8 m×1.0 m，幫部金屬網(wǎng)規(guī)格為2.6 m×1.0 m，金屬網(wǎng)與網(wǎng)之間搭接長(zhǎng)度不低于100 mm，每隔100 mm 用14#聯(lián)網(wǎng)絲雙股連接一道，每道不少于3 圈，所有聯(lián)網(wǎng)絲露頭一律彎向巖壁。菱形金屬網(wǎng)對(duì)巷道外露圍巖提供一定的反向支護(hù)力，可約束巷道圍巖碎脹變形，進(jìn)一步避免巷道冒頂、片幫現(xiàn)象。

圖1 巷道支護(hù)斷面圖

圖2 頂板支護(hù)平面圖

4 圍巖控制效果分析

將提出的錨網(wǎng)索梁主動(dòng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用于1-1022巷，巷道掘進(jìn)后，采用位移收斂?jī)x監(jiān)測(cè)了巷道變形情況，圖3 給出了巷道圍巖變形曲線圖。如圖3 所示，巷道大概可分為3 個(gè)階段：初期擾動(dòng)快速變形階段、中期穩(wěn)定緩慢變形階段以及后期穩(wěn)定平衡階段。初期擾動(dòng)快速變形階段發(fā)生在巷道出掘50 d 時(shí)間內(nèi)，該范圍內(nèi)，巷道變形速度最快，頂板變形速度約3.6 mm/d，幫部變形速度約2.58 mm/d；中期穩(wěn)定緩慢變形階段發(fā)生在巷道掘進(jìn)50～80 d時(shí)間內(nèi)，該范圍內(nèi)，巷道變形速度有所減緩，頂板變形速度約2.7 mm/d，幫部變形速度約1.9 mm/d；后期穩(wěn)定平衡階段發(fā)生在巷道掘進(jìn)80 d 后，該范圍內(nèi)，巷道逐漸趨于穩(wěn)定，巷道變形量極小。綜上所述，錨網(wǎng)索梁主動(dòng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用后，有效控制了巷道圍巖變形，實(shí)現(xiàn)了1-1022 巷圍巖的穩(wěn)定控制。

圖3 巷道圍巖變形曲線圖

5 結(jié)論

巷道圍巖自身具備一定的承載能力，為充分發(fā)揮堅(jiān)硬頂板巖層承載性能，分析了1-1022 巷堅(jiān)硬頂板下巷道主動(dòng)控制可行性，開發(fā)了堅(jiān)硬頂板下錨網(wǎng)索梁主動(dòng)控制技術(shù)。技術(shù)采用高強(qiáng)度、高剛度、高預(yù)緊力錨桿強(qiáng)化直接頂巖層力學(xué)性能，形成錨桿錨固主動(dòng)控制區(qū)域，同時(shí)采用預(yù)應(yīng)力錨索將錨固控制區(qū)域主動(dòng)懸吊至基本頂巖層，增強(qiáng)錨固控制區(qū)域范圍，充分發(fā)揮基本頂巖層的承載能力。技術(shù)應(yīng)用后，有效控制了巷道圍巖變形，實(shí)現(xiàn)了1-1022 巷圍巖的穩(wěn)定控制。