张松朝ZHANG Song-chao；陈崇CHEN Chong；李英杰LI Ying-jie；姚恩广YAO En-guang

（①平顶山工业职业技术学院，平顶山 467001；②平煤股份四矿，平顶山 467093）

（①Pingdingshan Vocational College of Industry Technology，Pingdingshan 467001，China；②Pingmei Group No.4 Mine，Pingdingshan 467093，China）

0 引言

目前，锚杆支护技术已经广泛应用于各类煤矿巷道之中，它具有成本低、强度高、让压性好、劳动强度小和施工安全等优点，得到了广泛使用。据统计，目前国有重点煤矿平均锚杆支护率已达到60%，有些矿区锚杆支护率超过90%，甚至达到100%。但是，随着采深的不断增加和巷道断面增大，高应力、复合顶板等特殊地质条件的出现，巷道支护问题更加突出，顶压、侧压、底鼓较为严重，锚杆、锚索破断现象时有发生，严重威胁着矿井的安全生产。本文以平煤四矿己15-23110 机巷为例，采用高强预应力可变形让压锚杆和均压鸟窝锚索支护技术，有效控制了巷道围岩变形，为工作面安全回采提供了保证。

1 工程概况

平煤四矿己15-23110 机巷位于己三东翼下部，上下阶段均为实体煤，西为己三西翼总回风、己三轨道下山和己三皮带下山，东为一矿井田边界，回采垂深在860～990m之间，为深部高应力巷道，巷道断面为矩形，尺寸为2.8m×4.6m。顶板岩性比较复杂，己15-23110 机巷顶板以上10.0m范围内分别为粉砂质泥岩，炭质泥岩（含煤线），粉砂质泥岩，己14 煤层、泥岩、粉砂质泥岩和细沙岩，属于复合顶板。顶板综合柱状图如图1 所示。

由于是高应力、复合顶板，造成巷道支护困难。巷道在掘进过程中的围岩压力显现明显，顶压、侧压、底鼓都较为严重，锚杆、锚索破断时有发生，不但增加成本，降低了经济效益，而且严重威胁着矿井的安全生产。

2 主要问题及分析

图1 顶板综合柱状图

2.1 原支护参数 巷道初期采用锚网锚索联合支护形式，主要参数如下：①锚杆。锚杆采用φ20mm×2000mm 左旋高强让压锚杆，顶锚杆间排距700mm×700mm，帮锚杆间排距：上帮，800mm×700mm，下帮，750mm×700mm。②锚索。采用φ22mm 的19 股预应力锚索，长度为6.5m，排距700mm，每排5 根。③W 型钢带。顶钢带规格为200mm×4400mm，上帮钢带200mm×3100mm，下帮钢带200mm×2400mm。

2.2 主要问题分析 现场观测表明，在原有支护系统下，巷道顶板和两帮变形量很大，锚杆、锚索破断问题时有发生。在掘进后一个月内，巷道顶底板移近量平均为0.6～0.8m，两帮移近量平均为0.3～0.5m，个别地方高达1.0m，需每隔一段时间对巷道进行维修，影响了巷道的正常使用。从巷道支护系统分析，主要存在以下不足：

①对锚杆、锚索在复合顶板条件下对岩体的加固与围岩补强作用机理认识不足。锚杆支护是通过悬吊作用和组合梁作用将锚杆锚入围岩内部来改变围岩自身的力学状态，以达到维护巷道稳定的目的。由图1 可知，需将锚杆锚固在岩层较厚、岩性较好的顶板泥岩上，锚索需将端头锚入顶板岩性较好的岩层中，而原有的支护参数不能满足上述要求。

②锚索和锚杆系统的耦合设计难以达到共同支护顶板的作用。在支护的耦合设计中，锚杆、锚索的变形要与围岩变形保持同步，而在复合顶板条件下，由于巷道顶板岩性不同，造成锚杆、锚索在不同部位的变形不同，锚杆、锚索破断问题时有发生。

③锚杆的让压装置让压点不明确而且稳定性差。合理的让压性能应该做到锚杆在一定预应力内稳定让压，以保证巷道支护效果和防止锚杆破断。而现场观测表明，有很多锚杆让压装置没有达到预应力而提前让压，以致巷道稳定性较差。

3 支护方案与支护效果监测

3.1 支护方案 根据上述原因分析和多年支护经验，经过数值分析后，决定改进支护参数，确定支护方案如下：

采用可变形让压锚杆+鸟巢锚索+W 钢带联合支护形式，主要参数如下：

①锚杆。锚杆采用φ20mm×2400mm 高强高预应力可变形让压锚杆，顶锚杆间排距800mm×800mm，帮锚杆间排距：上帮，900mm×700mm，下帮，950mm×700mm，锚杆安装应力：60KN，让压点：150KN。

②锚索。采用φ17.8mm 的19 股耦合让压鸟窝锚索，长度为8.5m，排距800mm，每排3 根。托盘采用高强球形耦合让均压管，尺寸为300mm×300mm×12mm。

③W 型钢带。顶钢带规格为2.5mm×4400mm，上帮钢带2.5mm×3100mm，下帮钢带2.5mm×2400mm。

图2 巷道支护断面图

3.2 支护效果监测 采用可变形让压锚杆+鸟巢锚索+W 钢带联合支护后，在巷道内每隔10 米设置表面位移测站，总计安装6 个测站，监测巷道顶帮及底板移近量。同时对锚杆进行了拉拔试验，监测锚杆的整体变形能力。通过支护完成后1 个月的矿压监测，得到测站的巷道变形量和拉拔试验数据如图3 和4 所示。

由图3 可以看出，巷道在开挖支护完成一个月内，断面收缩率较小，巷道变形以顶板下沉为主，两帮平均累计移近量不超过100mm，顶底板平均累计移近量不超过250mm，与原来相比巷道移近量减少50%以上，巷道围岩控制效果较好。由图4 可以看出，在拉拔初期，由于受钻机安装载荷影响，锚杆头位移曲线变化很小；当拉拔力从30KN 上升到200KN 时，锚杆头位移曲线虽有小波动，但基本呈线性变化，说明锚杆处于弹性变形阶段，锚杆系统没发生明显破坏；在拉拔力大于200KN 时，锚杆头位移曲线变陡，锚杆屈服明显。说明锚杆在200KN 以内，锚杆支护系统能够满足设计要求。

图3 巷道围岩平均表面位移

图4 锚杆拉拔平均试验曲线

4 结论

①锚杆（索）支护是根据组合梁的理论进行设计，尤其在高应力、复合顶板条件下，悬吊和组合梁理论显得尤为重要。采用可变形让压锚杆+鸟巢锚索+W 钢带联合支护的方法，能够形成组合加固拱结构，减少顶板离层，提高了围岩的整体支护能力。

②一定要结合实际矿井的地质条件和巷道情况来选定合理的锚杆、锚索、金属网及支护密度等技术参数。在高应力、复合顶板条件下，要根据复合顶板的地质状况，合理选定锚杆、锚索的技术参数，保持与围岩整体的同步协调变形能力，以此来达到控制巷道围岩变形的目的。

③实践证明，在己15-23110 机巷改进支护设计参数后，支护质量和支护强度均达到了预期的设计要求，有效控制了高应力、复合顶板的围岩变形，提高了巷道掘进速度，也为同类巷道的支护提供了成功经验。

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