錨桿錨索聯合支護在大斷面不穩定圍巖煤巷中的應用

朱 俊

（山西宏宇誠鑄建設工程有限公司，山西 懷仁 038300）

井工開采是我國煤炭的主要開采方式，受到開采深度以及開采強度、地應力、地質構造以及巷道斷面較大等因素的影響，巷道圍巖的控制難度不斷加大。回采巷道圍巖的穩定性直接關系到回采工作面的安全開采，因此在節理、裂隙等復雜構造發育和松散破碎的煤層賦存地質中進行回采巷道布置時，回采巷道圍巖的穩定性支護問題顯得尤為重要。南陽坡礦408-2巷原采用單一的錨桿支護方式，巷道圍巖變形量大，巷道返修工程量大，制約巷道安全掘進。為了有效地對巷道圍巖進行控制，嘗試采用聯合支護方式對巷道圍巖進行控制。

1 工程背景

南陽坡礦408-2巷掘進工作面位于井下8號煤層一水平，服務于408盤區，井下標高在1188～1214m，地面標高在1390～1440m。8號煤層賦存較為穩定，煤層厚度在5.1～6.2m間，平均厚度5.9m，煤層傾角在1°～4°，平均2°，為近水平煤層。表1為8號煤層及頂底板巖性情況。

表1 8號煤層頂底板巖性

408-2巷上北部為已采采空區，在巷道掘進前方受到兩條較大斷層F55斷層（∠59°H=15～57m）和DF53斷層（∠67°H=0～35m）的影響，回采巷道的圍巖穩定性受到斷層等構造的影響較為嚴重，需要加強支護。

巷道開挖之后，周邊巖層的受力狀態發生改變，從三向受力轉變為兩向，應力狀態不穩定，出現重新分布。垂向應力通過巷道頂板向兩幫轉移，水平應力向巷道頂板、底板轉移。圖1為巷道錨桿支護情況下圍邊變形量監測情況。

圖1 錨桿支護狀態下圍巖變形量

圖1所示為在錨桿支護狀態時的巷道圍巖變形過程，圍巖的變形隨著巷道的開挖整體可以劃分為迅速增長、緩慢增長和基本穩定三個階段。在監測點距離巷道掘進頭0～30m時，巷道的變形處于迅速增長階段；在監測點距離巷道掘進頭30～60m時，巷道的變形處于緩慢增長階段；在監測點距離巷道掘進頭60m后，巷道的變形處于基本穩定階段。

2 錨網索聯合支護的作用機理

錨桿錨索聯合支護的對象主要是巷道斷面較大，且受斷層、節理等構造影響容易發生變形的巷道。錨桿錨索聯合支護能夠將巷道的圍巖從兩向受力狀態變為三向受力的原巖狀態，對于軟弱破碎的巷道圍巖能夠控制其變形，達到加固巷道圍巖、限制圍巖變形量來實現控制巷道穩定性的目的。

錨桿錨索聯合支護與未支護條件下圍巖應力分布相同，圍巖的受力狀態得到較大改善。

與采用錨桿支護相比，錨索支護能將作用于巷道周邊的應力向巖層深部轉移，分散圍巖應力集中范圍及集中程度，增強巷道圍巖承載能力。錨索支護主要通過深入巷道圍巖內部進行加固，將下部軟弱破碎、易變形的圍巖懸掛于上部堅硬巖層中，從而有效控制頂板巖層的下沉，以補充錨桿支護范圍較小的弊端。一般來說，回采巷道剛開挖后的變形速度最快，因此要及時對巷道圍巖進行支護。錨桿錨索被注入巷道圍巖后，將在圍巖內形成一個以錨孔為中心的倒錐形力學作用區，并且倒錐形的角度與頂板巖層的巖性和錨桿錨索的支護長度等有關。

3 支護方案設計及支護效果監測

3.1 支護形式及參數確定

根據煤層賦存條件及周邊工作面巷道實際揭露資料，結合周邊已回采的工作面的情況及類似礦井的支護經驗，在該礦8號煤層408-2巷掘進工作面圍巖進行錨桿錨索支護，確定支護參數和支護形式如圖2所示。

具體的巷道支護參數如表2所示。

表2 巷道聯合支護參數

圖2 408-2巷支護參數圖

3.2 支護效果監測和分析

在頂板及兩幫設置檢測點，觀測巷道掘進時的頂底板和兩幫變形量。

408-2巷采用錨桿錨索聯合支護后，巷道維護效果明顯好轉，巷道頂底板最大移近量接近115mm，巷幫最大位移量為79mm，與相鄰的僅僅采用錨桿支護的巷道相比，巷道的圍巖變形量得到較好控制，保證了巷道圍巖的穩定。

圖3 錨桿錨索聯合支護下圍巖的變形過程

由圖3分析可知，較之單采用錨桿支護條件下，錨桿錨索支護的巷道圍巖變形迅速增長階段更短，緩慢增長階段不明顯，并且位移量更小，位移也較為平緩，圍巖更快進入變形穩定階段。

比較圖1和圖3，表明錨桿錨索支護作為一種聯合支護措施，能夠起到很好的控制圍巖持續變形、維持圍巖穩定的作用。

4 結論

錨桿錨索聯合支護作為一種主動支護形式，對煤層地質條件的適應性強，而且能夠顯著提高巷道圍巖的承載能力，有效保證回采巷道的穩定性，是目前應用較為有效的支護方式。