高預應力錨網索支護技術在回采巷道的應用

(煤炭科學技術研究院有限公司 檢測分院井巷所，北京 100000)

1 工程背景

某礦81303工作面煤厚5.7～7.3 m，平均6.55 m。煤層直接頂為黑色泥巖，厚度約1.09 m，老頂為石灰巖，由2～4層灰巖夾泥巖組成，裂隙較發育，厚度為11.75 m；煤層偽底為泥巖，厚度為0.05～0.10 m，直接底為砂質泥巖，裂隙發育，厚度為3.59 m。81303工作面低抽巷設計長度1 600 m，位于煤層上方約10 m，與回風巷間水平距離40 m，沿石灰巖中部泥巖掘進，為巖石巷道。

2 高預應力支護系統

2.1 作用機理

高預應力支護主要目的在于控制錨固區內圍巖的滑動、離層、新裂紋產生、裂隙張開等擴容破壞與變形，從而增強圍巖自身的抗壓強度，改變圍巖的受壓狀態，有效抑制圍巖彎曲變形、拉伸與剪切破壞的出現，最大限度地保持錨固區圍巖的整體性，提高錨固范圍內圍巖的整體穩定性和強度[1，2]。與傳統被動支護相比，增大了支護對圍巖錯動、離層、滑動的抑制作用，極大地發揮了主動支護作用； 其次，在錨固區內形成剛度較大的次生承載結構，阻止錨固區外巖層產生離層，有利于改善圍巖深部的應力分布狀態，能形成的承載結構更大。

2.2 支護方案及參數設計

由于錨桿預應力的大小對支護效果非常重要，但單根錨桿預應力的作用范圍很有限，必須通過托板、鋼帶和金屬網等配件將錨桿預應力擴散到離錨桿更遠的圍巖中。通過數值模擬分析，并結合工程實踐經驗，確定81303工作面低抽巷采用高預應力錨桿、錨索組合支護系統進行采空側巷道支護。

2.2.1 頂板支護

頂錨桿使用20#左旋無縱筋螺紋鋼筋錨桿，長度2.0 m，鋼號335號，錨桿尾部螺紋為M22。錨固劑規格為MSCKb2360。鉆孔直徑28 mm，錨固長度為800 mm，設計錨固力強度不低于110 kN。錨桿配件采用高強錨桿配套螺母M22，采用高強托板調心球墊和尼龍墊圈，托板采用拱型高強度托板，高度不小于36 mm，托板尺寸大小為150 mm×150 mm×10 mm，承載能力不小于155 kN。鋼帶采用W鋼帶，鋼帶長度3 700 mm，寬度280 mm，厚度4 mm。巷頂鋪設菱形網，材料為10#鐵絲，網孔規格40 mm×40 mm，網片規格5 000 mm×1 100 mm，兩網之間搭接寬度100 mm，采用16#鐵絲聯接，雙邊雙絲梳辮法孔孔相連，并且不得少于3扣。每排布置5根頂錨桿，錨桿間距875 mm，排距1 000 mm。錨桿預緊扭矩不得小于400 N·m，不大于500 N·m。錨索規格為1×7股的Φ17.8 mm高強度低松弛預應力鋼絞線，長度5 200 mm，鉆頭直徑28 mm。采用規格為MSK2860樹脂錨固劑，錨固長度為1 360 mm。錨索托板配套300 mm×300 mm×16 mm可調心高強度托板及配套鎖具，高度不低于65 mm，承載能力不低于350 kN。頂錨索每間隔一排布置2根錨索，錨索間距1 700 mm，排距2 000 mm，要求錨索預緊力超張拉至230 kN，損失后不低于180 kN。

2.2.2 巷幫支護

幫錨桿采用20#左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，長度2.0 m，鋼號為335號，錨桿尾部螺紋為M22。采用MSCKb2860樹脂錨固劑，錨固長度為800 mm，幫錨桿設計錨固力不小于105 kN。配件使用高強錨桿螺母M22，配套高強托板、尼龍墊圈和調心球墊，托板采用高強度拱型托板，高度不小于36 mm，托板尺寸不小于150 mm×150 mm×10 mm，設計承載力不小于154 kN。幫托板采用W鋼護板護幫，鋼護板長450 mm，寬280 mm，厚4 mm。巷幫鋪設菱形網，金屬網材料為10#鐵絲，網片規格5 000 mm×1 000 mm，網孔規格50 mm×50 mm，兩網間搭接寬度不少于100 mm，采用16#鐵絲聯接，雙邊雙絲梳辮法孔孔相連，且不得少于3扣。巷幫每排布置3根幫錨桿，錨桿間距1 000 mm，排距1 000 mm，錨桿預緊扭矩不小于400 N·m，不大于500 N·m。

3 礦壓顯現規律及支護效果評價

高預應力錨桿支護工藝從2018年8月7日夜班開始，試驗地點從81303低抽巷約890 m處開始，截至2018年11月20日，施工了105 d，掘進325排，約300 m。同時進行了2個測站的安裝和監測工作，第一測站位于新支護掘進的70排處，第二測站位于新方案掘進的150排處，每個測站監測內容包括：巷道表面位移量、錨桿錨索受力監測。1#測站表面位移監測曲線如圖1所示。

圖1 1#測站表面位移監測曲線

通過1#測站的表面位移監測可知，巷道兩幫的最大變形量為47 mm，頂板的最大變形量為31 mm。總體來看，巷道整體變形相對于巷道斷面尺寸變形量比例較小，能滿足當初預計的變形要求。從變形時間來看，巷道的變形量主要集中在掘進工作面30 m范圍內，超過此范圍巷道的變形量趨于穩定，巷道圍巖變形量和變形速度較小。

4 結語

通過對81303工作面低抽巷高預應力施工工藝的應用，將原來圓鋼錨桿改為335號螺紋鋼錨桿，錨桿預緊力矩從150 N·m增加至400 N·m，錨索預應力從150 kN增加至230 kN，在巷道掘進初期能夠給圍巖施加相應的高預應力，抑制圍巖彎曲變形、拉伸與剪切破壞的出現，發揮主動支護作用，巷道頂板和兩幫得到有效控制，保證了巷道支護的效果。在此基礎上，巷道支護排距從0.9 m提高至1.0 m，支護密度降低，實現了高強度、高剛度、高可靠性和低支護密度“三高一低”支護理念和安全、經濟與合理的設計理念，開辟了相鄰采空側巷道支護的新思路，在礦區相鄰采空側巷道支護技術優化進程中具有非常積極的意義。