擾動影響內錯抽巷錨網優化支護技術研究

張之慧

（陽泉煤業（集團）有限責任公司一礦， 山西 陽泉 045008）

1 巷道條件

陽煤一礦81303 工作面，地面標高1122～1224m，井下標高634～683 m。81303 內錯抽巷，用作回采時專用回風，全巖巷道。巖層煤層傾角最大11°，最小2°，一般為4°左右。81303 內錯抽巷位于15 號煤層上方8 m 處，與81303 回風巷、81301 回采面保護煤柱的水平距離分別為25 m、40 m，與81303 高抽巷的水平距離為35 m，巷道布置平面如圖1。

81303 內錯抽巷位于K2 石灰巖上部黑色泥巖層中，直接頂為深灰色泥巖，平均厚度2.7 m；之上是黑色泥巖，平均厚度7.66 m；基本頂為灰巖，致密堅硬；底板為K2 石灰巖，強度高、厚度大。

圖1 巷道布置平面圖

進行地質力井下原位測試，測得最大、最小水平主應力、垂直應力分別為10.8 MPa、6.1 MPa、4.8 MPa，最大主應力方向N45.1°E，量值上屬于中應力區。相互垂直的主應力差值達到4.7 MPa，圍巖偏應力作用顯著。

2 支護現狀與存在的問題

2.1 原支護參數

頂板錨桿采用Ф20 mm×2 000 mm 圓鋼麻花錨桿，配套BHW235/210/4-3900-5 的W 鋼帶，每排布置5（或3）根，間距900 mm，排距900 mm。規格MSCK2330+Z2330 雙速樹脂錨固劑，預緊扭矩不低于150 N·m。錨索采用Ф21.6 mm×5 200 mm 鋼絞線，每隔一排布置2 根，與錨桿同排布置，分別在第2、第4 孔，錨索配套托板為長400 mm 的12 號槽鋼+200 mm×100 mm×12 mm 小墊片，規格為MSCK2360+Z2360 雙速樹脂錨固劑；錨索間距1 800 mm，排距1 800 mm，錨索預緊力不小于170 kN[1-2]。巷幫每幫每排布置3 根，間距900 mm，排距900 mm，預緊扭矩不低于120 N·m，其余同頂板錨桿，支護布置見圖2。

圖2 原支護斷面圖（單位：mm）

2.2 變形破壞與問題分析

內錯抽巷后巷大部分區段圍巖變形嚴重，片幫、底臌劇烈，中間打設很多木柱進行加強支護；分析原因主要是初期支護強度較弱、剛度較低，加之受到附近81303 回風巷的掘進擾動影響，圍巖存有明顯安全隱患，現場變形如圖3。

圖3 現場變形圖

1）支護系統剛度偏低。錨桿、錨索預緊力偏低，支護應力場較小，不利于形成有效的支護承載結構[3-4]；同時，圍巖風化嚴重，容易出現錨桿錨索后空或破碎片幫現象，造成巷道失穩破壞。

2）支護材料匹配不合理，整體支護效果較差。采用槽鋼或面積較小的平鋼板進行護表支護，強度與錨桿錨索承載能力不匹配，護表面積較小，在松軟破碎圍巖處發生頂幫變形[5]。

3）頂板錨桿支護返工率高，影響支護進度。巖石巷道，采用放炮破巖成巷，成型較差，表面不平整，使得錨桿支護貼頂和預緊力施加較為困難，導致施工返工率高，影響施工進度[6]。

3 巷道支護優化原則

1）改善施工方案和工藝，優化支護方案。采用便于施加較高預緊力的短錨索進行巷道支護，通過優選支護材料和支護參數，改善施工工藝，提高支護效果。

2）提高支護系統剛度。錨索支護的主要要求就是高預應力，從而實現整體支護強度和剛度，實現對頂板的受力改善[7]。

3）優化支護配件，改善支護狀態。支護是系統的整體設計，包括支護材料及各種配件，只有支護系統齊全完善，才能形成較好的支護效果。

4 擾動影響內錯抽巷支護方案

頂板錨索Φ17.8 mm、1×7 股高強度低松弛預應力鋼絞線，長度42 00 mm，配套W 鋼帶，寬度280 mm， 厚 度 4 mm， 長 度 4 200 mm； 規 格MSCK2340+Z2380 雙速樹脂錨固劑，經緯網護頂，材料為10 號鐵絲，網孔規格50 mm×50 mm，搭接相連；300 mm×280 mm×12 mm 高強度可調心W 型托板及配套調心球墊，兩凹槽間距210 mm；每排5根，間距950 mm，排距900 mm；垂直頂板布置（允許5°誤差），初始張拉不低于230 kN。

巷幫錨桿為20 號左旋無縱筋螺紋鋼，長度2.0 m，桿尾螺紋M22，規格MSCK2330+Z2350 雙速樹脂錨固劑；鉆頭直徑為28 mm，錨固長度1 100 mm；配套150 mm×150 mm×10 mm 拱形錨桿托板和450 mm×280 mm×4 mm 的W 型鋼護板；經緯網護頂，材料為10 號鐵絲，網孔規格50 mm×50 mm，搭接相連；每排每幫2 根，排距900 m，間距1 000 mm；垂直頂板布置（允許5°誤差）；錨桿預緊扭矩要求介于300～500 N·m 之間。巷道支護斷面如圖4。

圖4 巷道留頂煤支護布置圖（單位：mm）

5 礦壓監測與效果評價

試驗段巷道表面變形和錨索、錨桿受力監測如圖5—圖7。巷道整體平整度和成型性較好，局部段出現小的鼓包下沉，頂板最大下沉量約33 mm，兩幫最大移近量約36 mm，圍巖變形占巷道尺寸比例較小，如圖5。

圖5 表面位移監測

圖6 錨索受力監測

圖7 錨桿受力監測

如圖6，頂板錨索初始預緊力主要集中在120～220 kN 之間，基本達到高預緊力要求，后期部分錨索受力較大，掘進期間最大受力進300 kN；掘進期間錨索受力在前3 d 內迅速增大并達到平衡，之后基本維持不變。如圖8，巷幫錨桿初始預緊力介于40～90 kN 之間，隨著掘進進行，錨桿受力迅速增大，最大值約145 kN，局部段有震蕩，可能與圍巖應力變動有關[8]。總之，巷道處于穩定狀態，圍巖變形和錨桿錨索受力也都處在允許范圍內。從現場可知，除局部段有頂幫變形破碎外，其余均處于完整穩定狀態。

6 結論

1）通過高預應力短錨索支護優化，改善施工工藝和支護材料，可有效解決擾動影響內錯抽巷支護的難題，改善支護效果，保證巷道安全，為后期回采帶來便利，為類似條件巷道提供有利借鑒。

2）改進支護構件，可實現材料合理匹配，保證支護系統高預應力的成功施加和有效擴散，有利于巷道穩定。

3）錨索支護施工可有效避免錨桿支護返工率弊端，提高掘進效率。