高預應力支護在大斷面切巷的應用分析

翟旭宏

（陽煤集團和順新大地煤業有限公司， 山西 晉中 032700）

引言

陽煤集團和順新大地煤業有限公司位于和順縣義興鎮后溝村，成立于2009年5月20日，注冊資本8 000萬元，原為私營企業。陽泉煤業集團華能煤電投資有限責任公司于2009年5月15日，通過股權轉讓，全部收購原新大地公司股權和資產，成為陽泉煤業集團華能煤電投資有限責任公司子公司。新大地公司礦井井田面積6.526 6 km2，井田位于沁水煤田和順礦區中部，批準開采8號、15號煤層，8號煤層為不穩定局部可采煤層，15號煤層為全區穩定可采煤層。礦井為煤與瓦斯突出礦井，礦井地質儲量4 807萬t，設計可采儲量2 884萬t，設計生產能力為150萬t/年，礦井服務年限為19.2年。隨著綜采裝備的大噸位、大型化，工作面切巷的掘進斷面也顯著增加，以往的支護存在預緊力小、支護強度低、需要復合支護等問題，通過采用高預應力全錨索支護后，有效地解決了上述問題，為大斷面切巷的安全和掘進支護提供了技術保障。

1 巷道基本情況

15402工作面地面位于刺薊堰以南，南坪梁以東，三畝坡以西，廟梁以北的山梁溝谷地帶，在雨季補給水量充沛。地表無建筑物，有部分農田及山林。井下位于瓦斯聯絡巷以東，三采區軌道巷以西，15403工作面（西部）（正在回采）以南，15306工作面進風巷（已掘進）以北。總設計長度為990m，巷道設計凈寬10.0m，凈高3.5m。煤層頂底板巖性見表1。

2 原支護及巷道變形分析

2.1 大斷面切巷原支護情況

頂板支護采用Φ15.24mm×5 200mm和Φ21.6 mm×7 200mm的鋼絞線，每排布置10根，Φ15.24 mm×5 200mm錨索布置在鋼帶的1眼、3眼、5眼、7眼、9眼和10眼，錨索預緊力不小于120 kN，其他眼位布置Φ21.6mm×7 200mm的鋼絞線，錨索預緊力不小于160 kN。配套規格為BHB235/200/4-4200-5型鋼帶和規格150mm×150mm×12mm的平托板。排距為700mm。巷道在施工完后，在巷道中部卡一排木柱，木柱規格Φ20mm×2 800mm，間距5m。

表1 工作面煤層頂底板巖性情況

2.2 巷道變形分析

經過原工藝支護后，巷道出現了不同程度的變形破壞。初期為巷道頂板下沉，后期最大下沉量達400mm，造成頂板錨索破斷，或金屬網破開，中間卡柱全部失效。給工作面的頂板管理和設備安裝造成很大影響。通過現場了解和分析，造成巷道支護失效的主要因素為切巷跨度大、斷面大、頂板的離層和下沉明顯；錨索的預緊力較小，不能給頂板巖層施加較大預緊力，使頂板不穩定，隨著壓力的集中，進一步的破碎；錨索的破斷力小，和現場的礦壓不匹配造成錨索破斷，導致更嚴重的頂板事故。

3 新支護設計

3.1 新支護設計原則

一次支護原則。錨桿支護應盡量一次支護就能有效控制圍巖變形；高預應力和預應力擴散原則。只有高預應力的錨桿支護才是真正的主動支護；“三高一低”原則。即高強度、高剛度、高可靠性與低支護密度原則；臨界支護強度與剛度原則。設計錨桿支護系統的強度與剛度應大于臨界值；相互匹配原則。各構件與錨索的參數與力學性能應相互匹配。

3.2 新支護設計方案

頂板采用“主錨索+鋼帶+金屬網+補強錨索”聯合支護。排距800 mm，每排對接使用兩根BHW-960-280-4-5100的6眼W鋼帶。從落山側到工作面在鋼帶的 2、4、6、9、11 眼內布置補強錨索，其余布置主錨索，補強錨索使用Φ21.6mm×7 200mm的鋼絞線，主錨索使用Φ17.8mm×6 200mm的鋼絞線，錨索托板均使用300mm×270mm×12mm的可調心W型托板配合調心球墊，藥卷均使用雙速23-120。

落山側使用Φ20mm×2 000mm左旋螺紋鋼錨桿，托板使用450mm×280mm×4mm的W型托板＋150mm×150mm×10mm拱形托板，配合調心球墊和尼龍墊圈。藥卷使用雙速MSK23-60，幫網使用6 000mm×1 000mm的金屬網。工作面側使用Φ18 mm×2 000 mm玻璃鋼錨桿。托板使用Φ1/2-200 mm×500 mm木托板，藥卷使用雙速MSK23-60，幫網使用30 000mm×1 000mm的塑料網。切巷支護材料規格表，見表2。

4 支護效果

新支護全部更換了支護材料，錨索更換為Φ17.8mm×6 200mm和21.6mm×7 200mm的鋼絞線，預緊力為原來的120 kN和160 kN提高到230 kN和300 kN，實現了支護強度的真正提升。經過近半年的觀測和分析，巷道中部壓力呈一定幅度增長，增長幅度僅為8%，巷道頂板兩邊受力平穩，變化不大，均在安全可控范圍。錨索受力平穩，未出現破斷和壓力急劇變化情況。頂板離層在掘進期間有8mm，后呈穩定狀態，巷道斷面基本未發生變化，巷道狀況良好。新支護技術的使用，全面落實了“三高一低”的高強預應力支護理念，即高強度、高剛度、高可靠性和低支護密度。由于支護強度的提高，實現了頂板的主動支護，防止頂板離層和巷道進一步變形，也達到了一次性滿足支護的目的，避免了以后的整巷和重復支護，在經濟效益上也取得了成績。

表2 切巷支護材料規格表

5 結語

通過采用高預應力全錨索在切巷進行支護后，為工作面頂板提供了較高的預應力，有效預防了大斷面頂板的離層和下沉，使頂板上部圍巖得到有效控制。通過金屬網和鋼帶的聯合作用，頂板保持了很好的結構性，實現了整體的穩定。說明高預應力全錨索支護是有效的頂板支護，滿足對大斷面巷道支護的強度要求，確保了頂板的安全。