大斷面巷道貫通交叉點聯合支護技術應用研究

賈 雨

（山西煤炭進出口集團蒲縣萬家莊煤業有限公司， 山西 臨汾 041000）

引言

構成煤礦生產系統的各條巷道是實現煤礦高產高效生產的基礎，承擔著煤礦井下運輸煤、材料、行人和通風等實際工作的需要，井下巷道中往往會產生水平交叉的情況。在大斷面巷道貫通交叉點的掘進過程當中，交叉點處原巷道的圍巖穩定性將會遭到破壞，圍巖應力將會重新分布，并且巷道圍巖所承受的水平應力也會大幅度提高。交叉點處呈銳角三角區域是巷道圍巖應力集中系數增幅最大的區域，這就導致了該區域成為了交叉巷道圍巖變形破壞最嚴重的區域。井下現場往往在巷道交叉點處出現頂板及兩幫巖層剝落、應力集中強、圍巖變形量大等現象，嚴重制約著煤礦安全高效生產的實現，因此保證大斷面巷道貫通交叉點圍巖穩定性具有積極的技術意義和應用價值。

1 工程背景

某礦目前開采8 號煤層，8 號煤層的平均煤厚為3.05 m，含1 層到2 層的泥巖夾矸。8 號煤層直接頂巖性以砂質泥巖為主，老頂巖性以細粒砂巖、中粒砂巖為主，直接底巖性以炭質泥巖為主，老底巖性以砂質泥巖、粉砂巖為主。如圖1 所示，18506 工作面運輸順槽和8 號煤集中皮帶巷設計呈“T”形大斷面交叉。

2 交叉點支護設計方案

2.1 交叉點支護設計原則

圖1 兩條巷道“T”形大斷面交叉示意圖

基于相關研究成果，巷道交叉點處的支護應先以三角區域以及頂板巖層卸壓區域作為重點區域，以此達到控制交叉巷道頂板巖層變形，保證圍巖穩定性和整體性的目的。結合8 號煤層頂底板巖性均比較軟弱的實際情況，通過錨桿和錨索支護能夠顯著提升巷道頂板圍巖的整體承載能力，通過巷道頂板頂角傾斜打設錨桿可以將巷道頂板與兩幫圍巖有機結合起來形成整體錨固結構。針對巷道交叉點三角區域和頂板巖層卸壓區域頂板下沉量大、圍巖變形嚴重的特點，必須對這兩個區域進行加強支護，運用組合錨索高強度錨固方式可以達到局部加強支護的效果。綜上所述，巷道交叉點支護設計采用錨網索噴聯合支護方式，特殊區域采用組合錨索加強支護方式[1-2]。

2.2 交叉點支護設計參數

2.2.1 18506 工作面運輸順槽支護設計參數

巷道斷面及尺寸：矩形，寬5.2 m、高3.1 m，沿頂割底掘進。

支護方式：錨網索噴。

2.2.1.1 頂板支護

噴漿：噴射混凝土厚50 mm，用于封閉巷道表面巖層。

頂錨桿：采用Φ20 mm 高強度螺紋鋼錨桿，長度2 200 mm，外露100 mm，采用S2360 型錨固劑1 卷、Z2360 型錨固劑1 卷，間距940 mm，距側幫250 mm，排距900 mm，預緊扭矩100 m·N。

頂錨桿托板：采用穹形鋼托板，長×寬×厚為125 mm×125 mm×10 mm。

頂錨索：采用Φ15.24 mm 鋼絞線制作而成，長度7 200 mm，外露200 mm，采用S2360 型錨固劑1 卷、Z2360 型錨固劑2 卷，每排布置2 根，間距2 000 mm，距側幫1 600 mm，排距2 700 mm，預緊力100 kN。

頂板錨索托板：采用尺寸為300 mm×300 mm×14 mm 鋼板切割而成，配長度為300 mm 的14 號鋼槽短梁。

頂板金屬網：采用Φ6.5 mm 鋼筋焊接而成，網格尺寸120 mm×120 mm，相鄰兩片金屬網搭接100 mm，每隔200 mm 聯網兩道。

2.2.1.2 兩幫支護

噴漿：兩幫距頂板600 mm 范圍內噴射混凝土，厚度20～30 mm，用于封閉巷道表面巖層。

幫錨桿：采用Φ18 mm 圓鋼錨桿，長度2 000 mm，外露100 mm，采用Z2340 型錨固劑2 卷，間距850 mm，距頂板250 mm，距底板300 mm，排距900 mm，預緊扭矩60 m·N。

幫錨桿托板：采用穹形鋼托板，長×寬×厚的尺寸為100 mm×100 mm×8 mm。

兩幫金屬網：Φ3 mm 鉛絲編制而成菱形網，網格尺寸50 mm×50 mm，相鄰兩片金屬網搭接100 mm，每隔200 mm 聯網兩道。

2.2.1.3 特殊地質條件下架棚支護

當遇到頂板巖層破碎等特殊地質條件時，將兩排錨索中間增打1 根相同型號長度的錨索，以形成“三花”布置形式，必要情況下增設架棚支護形式。

圖2 所示為18506 工作面運輸順槽支護方案示意圖。

圖2 18506 工作面運輸順槽支護方案示意圖（單位：mm）

2.2.2 8 號煤集中皮帶巷支護設計參數

巷道斷面及尺寸：矩形，寬5.2 m，高3.45 m，沿頂割底掘進。

支護方式：錨網索噴。

2.2.2.1 頂板支護

噴漿：噴射混凝土厚100 mm，用于封閉巷道表面巖層。

頂錨桿：采用Φ20 mm 高強度螺紋鋼錨桿，長度2 200 mm 外露100 mm，采用S2360 型和Z2360 型錨固劑各1 卷，間距940 mm，距側幫250 mm，排距900 mm，預緊扭矩100 m·N。

頂錨桿托板：采用穹形鋼托板，長×寬×厚為125 mm×125 mm×10 mm。

頂錨索：采用Φ15.24 mm 鋼絞線制作而成，長度7 200 mm，外露200 mm，采用S2360 型錨固劑1卷、Z2360 型錨固劑2 卷，每排布置2 根，間距2 000 mm，距側幫1 600 mm，排距2 700 mm，預緊力100 kN。

頂板錨索托板：采用尺寸為300 mm×300 mm×14 mm 的鋼板切割而成，配長度為300 mm 的14 號鋼槽短梁。

頂板金屬網：采用Φ6.5 mm 鋼筋焊接而成，網格尺寸120 mm×120 mm，相鄰兩片金屬網搭接100 mm，每隔200 mm 聯網兩道[3-5]。

2.2.2.2 兩幫支護

噴漿：全高范圍內噴射混凝土厚度100 mm，用于封閉巷道表面巖層。

幫錨桿：采用Φ18 mm 的Q235 圓鋼錨桿，長度為2 000 mm，外露100 mm，采用Z2340 型錨固劑2卷，間距9 000 mm，距頂板300 mm，距底板400 mm，排距900 mm，預緊扭矩60 m·N。

幫錨桿托板：采用穹形鋼托板，長×寬×厚為100 mm×100 mm×10 mm。

兩幫金屬網：采用Φ6.5 mm 鋼筋焊接而成，網格尺寸120 mm×120 mm，相鄰兩片金屬網搭接100 mm，每隔200 mm 聯網兩道。

2.2.2.3 特殊地質條件下架棚支護形式

當遇到頂板巖層破碎等特殊地質條件時，將兩排錨索中間增打1 根相同型號長度的錨索，以形成“三花”布置形式，必要情況下增設架棚支護形式。

下頁圖3 所示為8 號煤集中皮帶巷支護方案示意圖。

2.2.3 特殊區域加強支護方式

圖3 8 號煤皮帶運輸巷支護方案示意圖（單位：mm）

結合相關研究實踐成果，在巷道交叉點的三角區域和頂板卸壓區域布置組合高強錨索，沿巷道中軸線呈“T”形布置形式，錨索采用Φ15.24 mm 鋼絞線制作而成，長度9 000 mm，外露200 mm，采用S2360 型錨固劑1 卷、Z2360 型錨固劑2 卷，預緊力130 kN。錨索托板采用尺寸為300 mm×300 mm×16 mm 的鋼板切割而成，配長度為300 mm 的14 號鋼槽短梁。錨索間距3 500 mm，排距3 500 mm。圖4所示為交叉點錨索補強支護方案示意圖。

3 支護效果監測

為檢驗本次大斷面巷道貫通交叉點處的支護設計效果，在巷道交叉點處布置頂板離層儀進行實時監測，其中淺基點布置于錨桿上端處同一高度，深基點布置于錨桿上方穩定巖層內300～500 mm，無穩定巖層時，不低于巷道跨度的1.5 倍，并記錄位移數據進行分析研究。圖5 所示為巷道交叉點處頂板離層儀數據統計情況。

如圖5 所示，對頂板離層統計數據進行分析可以得出，在支護初期，錨固區域內離層量要大于錨固區域外的離層量；在支護初期，頂板離層值呈增長的趨勢，但增長態勢相對來說比較平緩，并沒有表現出急劇增長的現象，說明預應力在支護初期就具備一定的支護能力，可以限制頂板的初期變形。20 d 之后，頂板變形趨于穩定，總離層量控制在27 mm 左右，錨固區域內頂板得到了很好的控制，說明對于交叉點頂板的支護來說，基本支護加組合錨索加強支護的方案是可行的[6-9]。

圖4 交叉點錨索補強支護方案示意圖（單位：mm）

圖5 巷道交叉點處頂板離層儀數據統計情況

4 結語

基于相關研究成果，對巷道交叉點處三角區域等重點區域采用組合錨索支護形式進行補強支護，整體設計方案可以形成良好的錨固結構。通過頂板離層監測結果表明，頂板離層量能夠保持穩定，符合使用要求，達到了良好的支護效果。支護設計方案可以推廣應用到該礦8 號煤其他大斷面巷道貫通交叉點的支護當中，具有積極的技術借鑒意義和應用價值。