运输大巷锚网索支护控制技术应用实践

2018-06-01明洋

江西煤炭科技 2018年2期

明洋

（晋能集团阳泉公司上社煤矿，山西盂县 045100）

岩体内存在的节理、裂隙等对围岩结构稳定性及受力变形破坏等具有重要的影响，节理裂隙等结构性弱面是岩体的薄弱环节所在，在采动影响下易使岩体沿着该结构面滑动或失稳，且节理裂隙面的围岩可锚性差，采用常规锚杆支护无法有效控制围岩的稳定性。某矿西翼运输大巷围岩节理裂隙发育，在使用年限内底鼓变形及两帮移近量均较大，针对上述情况，首先在巷道浅部围岩施工全长锚固预应力锚杆，控制浅部围岩裂隙，形成一次承载圈；在巷道两帮进行锚索梁二次支护，控制深部围岩变形，与一次承载圈共同作用形成复合承载圈，进而保证支护体系有足够的支护深度和支护强度，从而有效控制巷道围岩变形，保证支护结构的长期稳定性。

1 工程地质条件

上社煤矿主采15#煤层，煤层均厚5.47 m，煤层倾角2°～5°，平均埋深600 m，煤体单轴抗压强度为7.85 MPa。西翼运输大巷留顶煤沿煤层下部掘进。基本顶为10.3 m的中粒砂岩，单轴抗压强度为29.4 MPa，直接顶为2.8 m的炭质泥岩，单轴抗压强度为22.7 MPa，直接底为3.9 m的炭质泥岩，局部区域参杂铝质泥岩，该类岩层强度较低、较为破碎、遇水后容易发生膨胀崩解，其单轴抗压强度为18.4 MPa。

西翼运输大巷采用矩形断面，断面宽5400mm、高4200mm，巷道采用锚杆锚索联合支护，顶板采用直径为22mm、长度为2200mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆配合平钢带梁支护，锚杆间排距均为800mm，每隔两排锚杆布置一排直径为17.8mm、长度为7300的钢绞线锚索，锚索间排距均为1600mm。西翼运输大巷起始段位于向斜轴部的地质构造带内，周围存在多条其他巷道，巷道围岩应力集中现象剧烈，巷道施工完成后变形剧烈，两帮移近量达到1800mm，底鼓量达到1000mm，断面收缩严重，已无法满足正常生产的要求。

2 巷道围岩变形分析

1）巷道围岩节理裂隙发育，且处于地质构造带附近，因而容易产生剪切破坏。巷道周边实测水平应力可达到28.8 MPa，而通过煤岩样岩石力学试验可知15#煤层的单轴抗压强度仅为7.85 MPa，受到岩体内部节理裂隙的影响，其强度会进一步降低。在高水平应力和围岩内部节理裂隙的双重影响下，破碎的煤岩体向巷道内自由空间塑形流动。

2）巷帮支护强度不够，围岩变形量大。锚杆支护可对巷道围岩径向移动产生约束，在围岩浅部形成压应力区域，然而巷道断面较大，锚杆长度较小，仅为2.2 m，对巷道两帮的支护阻力相对较小，无法提供足够的支护阻力以防止围岩破碎。而围岩内部裂隙逐步由浅部向深部扩展，裂隙间相互贯通形成滑移面，在受到回采动压影响后，围岩沿着滑移面发生滑落失稳，从而向两帮鼓出；由于围岩松动，导致锚杆失去可靠的着力点，锚固力大大减小，无法继续有效控制围岩的变形破坏，随着时间的增长，两帮最终会出现较大的位移量。

3）锚杆锚索支护系统无法发挥其主动支护的作用。巷道围岩破碎、剪切变形严重。原锚杆支护系统中，锚杆预紧扭矩为150 N·m，预紧力值相对较小，支护结构产生的支护应力场同样较小。配合锚杆支护所使用的平钢带厚度仅为3mm，围岩变形导致其折损严重，且未进行相应的补强支护。由于钢带变形导致锚杆尾端的托锚力集中在一个相对较小的区域，无法将锚杆力均匀分散在周边岩体中，进而造成锚杆间岩体破碎、鼓出，导致锚杆支护阻力降低，无法充分发挥锚杆的锚固作用，最终使巷道支护体系失去其作用。

4）巷道底板未采取任何支护，底鼓变形严重。巷道直接底含有铝质泥岩。该岩层具有强度较低、较为破碎、遇水后容易发生膨胀崩解的性质，尤其在高应力作用下，会在岩层底板内发生流动性底鼓。随着底鼓范围及巷道底鼓量的不断增加，导致底板破坏深度逐渐增大，底板岩层的整体稳定性变差；同时会使巷帮承载结构失去可靠的着力点，两帮承载结构基础的稳定性降低，在径向应力的作用下，两帮围岩会向巷内移动，产生大变形。

3 西翼运输大巷围岩稳定性控制

3.1 围岩稳定性控制策略

通过上述分析，对应力较高、围岩破碎的该巷道实施有效支护，需采取两方面的措施，一是加强对对巷道两帮的支护，二是采取有效措施控制巷道顶底板变形。决定采用高强度锚网喷支护+帮部二次锚网梁索的综合支护技术。

（1）首先施工高预应力全长锚固锚杆对破碎围岩形成一次有效支护体系。该锚杆安装时，先进行端部锚固后并施加高预应力，上述步骤完成后，将锚杆剩余自由端采用水泥浆继续进行全长锚固，注入的水泥浆液，一方面能够与锚杆体结合对围岩变形实施有效控制，另一方面浆液渗入破碎围岩，能够将围岩内部节理裂隙充填，增大围岩的内聚力和内摩擦角，进一步促进锚杆预应力的实施效果。

（2）该巷道围岩节理裂隙发育，围岩在受到采动影响后，易发生峰后蠕变现象，一次支护后无法长期保持巷道围岩的稳定性，若要保证巷道围岩的长期稳定，需将深部围岩与浅部围岩有机结合起来，即在一次支护形成的围岩承载圈后，对巷道两帮进行锚索梁的二次支护，从而形成复合承载圈，以实现二者的同步协调变形。

（3）可通过在巷道两帮底角处施工底角锚杆及锚索，以控制巷道底鼓变形。

3.2 支护技术方案

根据巷道变形特征机理及围岩控制策略，最终决定采取以下支护方案。

（1）顶板加固措施，对顶板的支护主要通过补强锚索，在原支护方案中每两排锚索间补打一排锚索，锚索采用直径为17.8mm、长度为8000mm的钢绞线锚索，锚索间排距均为1600mm，选用长5000mm、宽180mm、厚5mm的“W”钢带配合锚索使用，最终顶板加固方案见图1。

（2）帮部加固措施，巷道顶板加固后对巷帮进行加固，巷帮采用直径为22mm、长度为2600mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距均为800mm，选用长3400mm、宽100mm、厚5mm的平钢带配合锚杆使用，靠近巷道底板最下一排锚杆与竖直方向呈15°向下施工，施工位置距离巷道底板高度不超过200mm，施工完成后对锚杆施加预紧力不小于60 kN。最后在巷道肩窝沿走向方向布置一排直径为17.8mm、长度为5500mm的钢绞线锚索。锚杆及锚索施工完成后对巷道全断面喷射混凝土，混凝土喷层厚度为100mm。

（3）帮部二次加固措施，二次加固施工与一次加固施工错开半个排距，二次加固施工采用两种不同断面A、B，所选用的锚杆、锚索及钢带规格尺寸与一次加固中相同，间距均为800mm、排距均为1600mm，距离巷帮底角200mm补打点锚索，点锚索选用直径17.8mm、长度为5500mm的钢绞线，排距为1600mm，巷帮加固方案见图2。