大斷面破碎圍巖巷道交叉點支護技術研究

孫元琪

（1.太原理工大學 礦業工程學院，山西 太原030024；2.中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司，山西 太原030006）

隨著煤礦開采技術的發展，綜采工作面的單產越來越高、機械化水平相對提高，機械大型化也是必然的趨勢，工作面需風量的提高等各方面原因導致巷道斷面越來越大、交叉點越來越多，因此對大斷面巷道圍巖的壓力會越大，巷道交叉口的支護也成為了新的問題。同煤集團王村礦山4號層東盤區2106順槽巷在作業的過程中遇大斷層，為工作面正常施工，決定2106順槽巷現在正前位置退后43m，與原巷道成10°夾角繼續施工順槽（圖1），導致巷道局部斷面寬度達11.5m，頂板空頂面積較大。因此，提出合理巷道斷面支護設計，保證2106順槽巷正常掘進已成為該礦當務之急。

圖1 2106順槽巷交叉點平面

1 工作面概況

同煤集團王村礦山4號煤層，全層厚度0～4.90m，平均3.08m，煤層賦存穩定，2106順槽巷沿底掘進，矩形巷道凈寬5500mm，凈高3200mm，直接頂為粉砂巖、砂質泥巖及泥巖，厚2.5～7.5m，抗壓強度38.4MPa，抗拉強度6.48MPa，抗剪強度1.92MPa。老頂以中粗砂巖及細砂巖為主，次為砂巖，厚2.3～10.6m，抗壓強度28.9～38.6 MPa，抗拉強度1.81MPa，抗剪強度6.55～7.62MPa。

2 支護技術研究

1）巷道開挖后，頂板只受單向水平擠壓應力作用，頂板的垂直支撐應力消失，故巖石因受水平擠壓而巷道頂板產生破壞或沿層里錯動離層，使頂板彎曲下沉。用錨桿支護實現加固拱作用，提高對頂板巖石的抗垂直載荷能力。當垂直加載時，錨桿大幅提高了頂板巖層的承載能力，改變了煤層頂板的承載結構。同時按錨桿支護組合梁原理及懸吊原理，采用錨桿均勻垂直布置于巷道頂板，這樣可以充分發揮錨桿的懸吊作用和抗剪作用，減小頂板因跨度大而產生的彎曲下沉現象。

2）錨桿是將破碎頂板變成整體，三眼錨索的作用是將整體的錨桿支護懸吊在穩定的基巖上，同時施加較大的預應力主動支護圍巖，形成維持自身平衡的壓力拱。這樣巷幫就成為壓力拱的支撐體。

3）由于交叉口處巷道斷面跨度大，巷道穩定性相對較差，為了提升交叉口處圍巖的整體穩定性，采取全斷面長錨索支護方法，將長錨索的錨固段設在頂板上部穩定的巖層中，同時還需采取加打點柱的方法對支護進行補強，

4）對巷道斷面進行噴漿，漿液凝固后與巷道圍巖粘合緊密，能使圍巖與外界隔離，防止圍巖風化、潮解，提高了圍巖的強度。

3 支護形式

巷道交叉三角區域留煤柱0.5m，并在里外10m范圍內噴漿保護，在距煤柱向原工作面方向5.5m砌密閉墻。

1）主巷的支護形式

主巷的支護形式沿用先前支護方式，掘進過程中頂部錨桿共5排，間距×排距＝1000mm×1150mm；兩幫錨桿各3排，共6排，間距×排距＝1000mm×1000mm，2根鋼帶中間頂角處布置第一根護幫錨桿，其下按照規格向下布置。頂錨桿采用Φ22mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，長2.4 m，托盤采用尺寸為130mm×130mm×10mm的高強度拱形托盤；在每2根鋼帶中間巷道頂角處布置角錨栓，角錨栓采用長度為1.8m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨栓直徑為18mm，角度與頂板呈70°夾角。按照間排距布置另兩排幫錨桿。托盤采用尺寸為110mm×110mm×8mm高強度拱形托盤和450mm×280mm×4mm鋼帶；頂板鋪設8＃鐵絲編織的菱形網，長×寬＝3.0m×1.75m，網孔規格為50mm×50mm，搭接不少于200mm；采用五孔 W型鋼帶規格：長×寬×厚＝5300mm×250mm×3mm。兩側錨索間距×排距＝4000mm×2700mm，采用直徑17.8mm錨索，長6.3m。

2）交叉點支護形式

由于巷道交叉處斷面跨度大，可采用11＃工字鋼鎖口，另加設組合錨索支護，支護時組合錨索和組合鋼梁位置要準確，確保支護質量。W型鋼帶需通過邊錨桿連接起來，增加巷道頂板的抗拉強度。補打頂錨索，直徑17.8 mm，長6.3m配4m共3孔11＃工字鋼。組合錨索為直徑17.8mm，長6.3m配400mm×400mm共3孔鋼板，孔距300mm。錨索與頂板成60°角。同時為了安全及提高支護質量，在組合錨索和組合鋼梁的基礎上，又增加了木柱，片石墻的支護，木柱間隔1m，直徑不小于20cm，且需穿鞋帶帽；片石墻體厚度為0.5m。

3）尖角處支護形式

巷道交叉三角區域煤柱0.5m，后2.3m處開始1.8 m范圍內用0.8m幫錨桿、菱形網。再后1.2m范圍內用1.2m錨桿、菱形網，后三角區域10m范圍內用磚砌墻、噴漿。支護示意見圖2。

圖2 2106順槽巷交叉點支護示意

4 檢測及效果

施工完成后，在交叉點中部位置安設1臺頂板離層儀（2m；8m），通過近1個月的連續觀測，該處淺部位移為5～4mm，深部位移為0～4mm，表明：該交叉點支護強度滿足需要，能有效地控制巷道變形。

5 結語

1）錨網帶支護技術性能優越，適應性強。錨桿的抗彎、抗剪強度較大，對應力狀態復雜的圍巖較適用，增加頂板的強度和穩定性，抑制了高應力因素對巷道的影響。

2）施工組合錨索時，邊錨索與頂板呈60°角斜拉伸入到穩定煤層中，可以將頂板上部穩定的巖層與下部不穩定煤巖層錨固在一起，同時能夠施加較大的預應力主動支護圍巖。

3）采用錨梁網索的支護技術有效地解決了交叉點大斷面的支護難題，控制了圍巖變形，改善井下作業環境，同時提高了安全可靠性。

4）可平行作業，施工速度快，提高了掘進效率。

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