棗泉煤礦12208工作面運輸巷支護優化設計

摘要：針對棗泉煤礦12208工作面運輸巷設計斷面較大，且煤層傾角大，頂、底板均為炭質泥巖的不利情況，采用一次支護方式和施工方法，多次試驗優化支護方式，最后選用一組錨索絎架間隔一排三根單點錨索支護的錨索支護方式，鎖具與錨索托梁之間加墊讓壓環，有效的控制了巷道頂板離層和錨索破斷現象，從而得到了巷道的合理支護方式，結果也證明在12208工作面回采巷道采用一組錨索絎架間隔一排三根單點錨索支護形式、鎖具與錨索托梁之間加墊讓壓環是最合理的。

關鍵詞：巷道斷面 優化設計 錨索 讓壓環

1 工程概況

12208綜放工作面為2#煤層的第一個大傾角工作面，直接頂為2.54m～4.09m炭泥巖，層理發育，縱向節理比較發育，巖石f=2～4，巖體不具備較好的穩定性。它的上面是大約為2米的細粒砂巖與粉砂質泥巖互層，頂板不難導致離層的情況。在他的上面是較厚層狀的砂巖，具有良好的賦水性。煤層厚度7.8～8.3m。架設“一梁三柱”段有淋水，這樣就很可能會導致頂板膨脹離層、掉頂等情況的發生。直接底為泥巖（顏色呈灰色，致密，見植物根部化石）、炭質泥巖（黑色～褐黑色，質地比較脆，容易破碎）。老底是砂質泥巖，顏色為深灰～灰黑色，致密，質地比較脆，上部見植物化石碎片。這個工作面的運輸巷斷面是5.3m×3.2m，可以看成是大斷面煤巷掘進。原巷道支護方式為錨桿、鋼筋網、鋼帶、錨索絎架支護，圖1向我們展示了錨桿、錨索布置方式。頂板8根錨桿，左右幫4根錨桿。錨桿布置參數：頂錨桿錨桿為φ20×2500mm無縱筋左旋螺紋鋼錨桿，錨桿為采用一節Z2370和一節Z2335樹脂藥卷全錨，間、排距743×800mm；幫部錨桿為φ16×1600mm圓鋼錨桿，采用一節Z2370樹脂藥卷端頭錨固，錨桿密度800×800mm；并用雙排φ16圓鋼焊接的鋼帶相連。錨索為φ17.8×8000mm預應力鋼絞線，間排距為2000×2400mm，采用三節Z2370樹脂藥卷錨固。按照原方案支護時，因為頂板性脆，在巷道下幫側頂板出現了沿巷道軸向的裂縫，這些裂縫中，最寬的有3厘米到5厘米左右，長度第1次為12m、第2次為4～6m；頂板下沉量大，出現斷錨索現象，這樣就只能用架設“一梁三柱”支護。增加了支護成本的同時，還造成一定的施工風險，延長施工進度。

2 破壞原因分析

2.1 高復合應力

以棗泉煤礦為例，其埋深大于370m，自重應力大于10MPa而小于13MPa；通過監測頂板應力情況發現，頂部壓力有的地方能達到35MPa，這說明巷道圍巖具有高復合應力；巖體強度大約在1MPa到2MPa之間，不具備較好的圍巖自承能力。該礦井巷圍巖之所以會發生變形破壞，在很大程度上就是由于高復合應力、圍巖強度不高等這些情況造成的。

2.2 圍巖膨脹性礦物含量大

圍巖中的膨脹性粘土礦物很多，這樣就很容易導致風化潮解，不具備良好的水穩定性，因為頂板滲水，巷道圍巖吸水風化，膨脹性非常強，不具備良好的水穩定性，挖巷道時，圍巖容易吸水風化，這樣就會使其強度減小很多。

2.3 錨索支護沒有讓壓間隙

在錨索受到高復合應力作用、圍巖膨脹、頂板離層時沒有讓壓間隙將集中的高應力緩沖掉是錨索被拉斷的主要因素。

3 讓壓錨索支護特點

針對當前棗泉煤礦軟巖巷道破壞性強、返修量大、維護難，在加強支護密度的同時還采用一種新型軟巖巷道支護技術——讓壓錨索支護技術。該技術充分考慮了其它軟巖巷道支護形式的不足，并通過讓壓環減小了錨索受拉應力時延展率，使錨索在受力后有一定的讓壓間隙，使其能大幅度地吸收高應力軟巖的大變形，使錨索在收到拉應力后不被拉斷，并且還不減弱錨索支護強度。在復雜的軟巖支護中，該技術取得了很好的效果。

4 支護優化設計及現場應用

在保證巷道行人、行車安全間隙后將巷道斷面調整為5.0m×3.2m，同屬于大斷面煤巷掘進。巷道支護方式為錨桿、鋼筋網、鋼帶、錨索絎架間隔一排三根單點錨索支護，錨桿、錨索布置方式如圖2所示。頂板7根錨桿，左右幫4根錨桿，錨桿密度800×800mm；并用雙排φ16圓鋼焊接的鋼帶相連。錨索為φ17.8×8000mm預應力鋼絞線，一排錨索絎架間隔一排單根單點錨索布置，間距如圖2所示，排距1600mm，并且在鎖具與錨索托梁之間加墊讓壓環。

5 支護效果

通過長時間的觀測12208工作面運輸巷設置測點，兩個月后發現，有效的改善了圍巖的大地壓、大變形，同時還有效地解決了大斷面軟巖巷道支護問題（圖3）。圖中的巷道頂板離層位移曲線給我們提供了一些相關的信息：錨索讓壓支護后的三到五天，圍巖將發生不穩定的變形，其幅度也不小，而且會表現出一定的規律性；過了七天后，圍巖離層大體上就穩定了，并且越來越穩定；十五天后圍巖基本穩定。

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圖3 頂板移近累積位移曲線

6 結論

通過對高應力強膨脹節理化復合型軟巖巷道工程地質特征、巷道變形破壞狀況，確定了軟巖巷道變形力學機制，并通過先進技術將高集中應力通過讓壓環釋放掉一部分。經過長時間的對礦壓進行觀測以及現場監測，結果發現此支護效果不錯。目前，我們在淺部運用的支護理論及相關的技術，已經不能很好的應用于深部軟巖巷道，但是需要強調的是錨索讓壓支護先進技術，在解決深部復雜的軟巖巷道支護困難方面，表現出較好的效果。

參考文獻：

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