采區巷道支護及錨桿支護新技術

李興歡

（山東魯能荷澤煤電公司彭莊煤礦 山東 鄆城 274700）

0 前言

由于我國東部煤炭的開采，淺部資源已逐漸走向枯竭，煤炭開采逐步向深部延伸，國內許多礦井的開采或開拓延伸的深度均已經超過了700m，有的甚至超過1000m。隨著開采深度的增加，地質條件惡化、地應力增大、破碎巖體增多、地溫升高、水頭壓力和涌水量加大，致使圍巖應力超過其強度，發生破壞失穩。

魯西南煤田地質復雜，以楊營礦井為例予以闡述。楊營煤礦8煤采區軌道上山依次穿過頂板砂巖、泥巖、煤層，頂板巖石裂隙發育，小的構造較多，頂板及幫部易掉易冒，是一種標準的低強度破碎軟巖。8101與8102試采煤面標高均為-600m以下，所對應的軌道順槽和膠帶順槽地應力大、破碎巖體多，并受風化基巖及以下砂巖含水層、太原組三灰含水層、八灰及其底板砂巖含水層、九灰及其底板砂巖含水層、十灰+巖漿巖含水層的影響，巷道地質情況復雜，使其支護難度增大。

1 巷道支護對策

1）優化巷道位置。在設計階段應根據煤系地層的巖性，合理選擇巷道位置，盡可能避開軟弱巖層；在地質勘探過程中，應掌握巖石物理力學性質、巖石物理化學性質以及巖石水理性質，應掌握主應力的大小及方向，合理選層、選位，盡可能躲讓高應力區。

2）選擇合理的支護斷面。由于8100采區回采時間較短，巷道服務年限為至采區報廢為止，綜合各方面因素8100采區軌道上山施工斷面選擇為矩形，掘進斷面10.44m2，巷道掘進荒寬3600mm，凈寬3400mm，掘進荒高2900mm，軌道以上凈高2600mm，設計方位跟8煤頂板掘進。預留巷道空間對提高支護體結構強度，減少巷道維修,保證巷道正常使用是非常必要的。

3）提高圍巖強度。錨桿和注漿是兩種有效的加固圍巖方式,這些方式能促使形成圍巖加固的承載圈,充分發揮圍巖的自承能力,阻止圍巖的塑性流動。應針對不同圍巖選擇合適的加固方式。

4）提高錨桿支護的預緊力,實現主動支護。錨桿支護是巷道最有效的支護形式，錨桿支護系統的剛度十分重要，特別是錨桿預應力起著決定性作用。較高的預應力要求錨桿具有較高的強度。單根錨桿預應力的作用范圍是很有限的，必須通過托板、鋼帶和金屬網等構件將錨桿預應力擴散到錨桿周圍更大范圍的圍巖中，形成支護結構。

5）及時封閉圍巖。巷道支護現場總結的經驗是：治幫先治底，治底先治水。因此，對水的處理是保證軟弱圍巖穩定的基礎工作，尤其對于含有黏土類礦物的膨脹型軟巖，隔水為第一要務。軟巖巷道開挖后要及時噴射混凝土進行封閉，防止其受水和空氣的影響而崩解和軟化。

2 巷道支護形式及參數選擇

8100采區軌道上山為半煤巖巷，作為8100采區工作面的運輸設備、材料等物品的主要巷道，同時也是構成區段通風系統的主要巷道，服務年限到采區報廢。根據8100采區軌道上山實際情況支護分為臨時支護和永久支護兩部分：

臨時支護：采用金屬前探梁作為臨時支護，前探梁為3根不少于4米長的4寸鋼管或者用不少于15kg/m的鋼軌，隨著掘進，如果頂板地質條件發生變化較為破碎時，要短掘短支。

永久支護：采用錨、網、梯索噴聯合支護。永久支護到迎頭，支護前頂板巖性好時，最大空頂距不大于1600mm，巖性較差時最大空頂距不大于800mm，支護后迎頭最大空頂距不大于300mm。

在永久支護過程中錨桿的選用是支護的關鍵因素，近幾年來隨著支護技術的不斷發展加強，預拉力錨桿得到了廣泛使用，并且支護效果也是非常理想。高強桿體材料屈服強度大于500MP。桿體直徑：20-22m；錨桿破斷荷載：200－300kN以上。

另外在8100采區軌道上山所采用的聯合支護中，錨索的使用可以有效的限制圍巖松動變形，使其保障巷道的整體穩定性良好。小孔徑高強預應力錨索是近年來比較常用的一種錨索。它的作用原理是起懸吊作用、預應力主動限制圍巖松動變形；應用條件有穩定巖層作為錨索懸吊生根點。

國內外首創28mm小孔徑錨索技術，單根鋼鉸線，15.24mm，28mm孔徑；錨桿鉆機鉆裝，最大長度12m；最大錨固力260kN，預緊力100kN。直徑17.8mm，破斷力350kN；直徑f18.96mm，破斷力400kN。最近開發直徑22mm，破斷力達到500kN，同時進一步提高索體的延伸率。

采用錨桿錨索聯合支護提高錨桿支護的整體支護效果，防止巷道頂板的漏冒和兩幫煤體的片幫。通過托板將其所承擔的載荷有效地傳遞到錨桿上，并能協調錨桿的受力，發揮錨桿的整體支護作用，有效的提高錨桿錨固范圍內圍巖的連續性，有利于提高錨桿支護體系的整體支護強度。

同時8煤各巷道在使用聯合支護中，8100采區軌道上山及其膠帶上山由于服務年限要到采區報廢為止，所以為其避免巖石風化破碎需要掛鋼筋網噴漿來及時封閉圍巖，同時做好巷道成型穩固工作。

根據8100采區軌道上山的圍巖地質情況，錨桿采用Φ20×2400mm高強錨桿，間排距 900×900mm。錨索采用Φ17.8×6300mm，間排距 1800×2700mm。 鋼筋網 Φ6mm 鋼筋焊接， 經緯格 100×100mm， 網幅 1000×1400mm和 900×1700mm兩種規格。在巖性較差時巷道頂部和幫部采用W型鋼帶加強支護。

在制定方案過程中可通過地質力學評估、初始設計方法（通過計算機模擬分析、實驗室模型模擬、經驗類比、理論計算等方法初步確定巷道支護型式和支護參數）、現場施工與監測、優化設計，最后得出最終方案。

3 結論

在煤礦的建設中應根據礦井巷道的實際地質狀況來確定巷道及硐室的支護形式。錨桿等支護形式的布置隨圍巖條件發生變化時,其支護參數也應做相應改變,特別在地質構造地帶,可考慮增加錨桿、錨索數量或輔以其它支護方式,甚至更改支護方式。

巷道錨桿支護設計新方法有：地質力學評估（進行巷道圍巖地應力測試、巷道松動圈測試、巷道3倍寬度范圍內圍巖的礦物成分化驗分析、圍巖物理力學性質測定）、初始設計方法（通過計算機模擬分析、實驗室模型模擬、經驗類比、理論計算等方法初步確定巷道錨桿、網、索聯合支護型式和支護參數）、現場施工與監測（對支護結構可靠性監測，包括：巷道收斂變形、頂板下沉量、兩幫位移量、底臌量、錨桿或錨索受力狀態）、優化設計（分析礦壓監測數據，評價、優化初步支護設計方案和參數，從而確定適合該礦條件的、安全、高效、節約的巷道支護方案）。