基于高預應力的錨網索支護技術應用

王沁飛

（山西沁和能源集團南凹寺煤業有限公司，山西 晉城 048000）

南凹寺煤業井下巷道以往采用普通錨網索支護，由于受到采空區側向壓力以及工作面超前支承壓力的影響，變形量超過了巷道斷面的20%，對回采安全形成嚴重影響[1-3]。以8512 工作面為工程基礎，研究高預應力的錨網索支護技術以控制回采巷道圍巖變形的效果，對保證工作面安全生產具有重要意義。

1 工作面概況

南凹寺煤業 8512 工作面為孤島工作面，工作面的東部和西部分別為8510 工作面和8514 工作面的采空區，工作面北部與小煤窯遺留采空區之間留有20 m 保護煤柱。工作面主采3#煤層，煤層平均傾角為6.5°，平均煤厚為6 m。8512 工作面受到向斜構造的影響，工作面內存在落差在1.5 m 以上的斷層共計11 個，工作面局部存在薄煤帶。工作面走向長度為1450 m，傾向長度為230 m，直接頂巖性為泥巖-砂質泥巖-細砂巖，均厚11 m，基本頂為中粒粗砂巖，平均厚度14.5 m，直接底為泥巖，平均厚度為2.1 m。工作面周邊的水文地質條件簡單，在工作面采掘過程中，會出現局部淋水。8512 工作面上下順槽的寬度和高度均為5000 mm 和3000 mm，由于巷道頂板巖性脆弱、頂煤硬度低及受區域內構造應力的影響，原支護體系難以滿足控制巷道圍巖變形的需要。

2 原有支護方案及破壞分析

2.1 原有支護方案設計

8512 工作面原采取普通錨網索支護形式，在工作面過斷層時，采用U 型鋼棚對巷道支護進行加強。在原支護方案的設計過程中，頂板錨桿采用Ф20×2500 mm 規格的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，頂板錨索采用Ф21.6×5800 mm 的鋼絞繩，幫錨桿采用Ф18×2000 mm 的樹脂錨桿，幫錨索采用Ф15.24×4500 mm 的鋼絞繩，頂板錨桿打設間排距900×900 mm，頂板錨索打設間排距1800×1800 mm，頂板和兩幫均鋪設2400×1100 mm 的金屬網。

2.2 支護破壞分析

（1）巷道圍巖變形主要表現是巷道兩幫片幫膨出、底鼓、頂板下沉等。在8510 工作面回采期間，兩巷變形量和底鼓量分別達到1056 mm 和670 mm，兩幫變形量達到了巷道斷面的21%，底板底鼓量為巷道斷面的22%，而且75%以上的變形巷道均發生在工作面前方100 m 的范圍內。根據巷道頂板窺視結果，構造帶附近的頂板發生嚴重的離層現象，且多發于頂板與煤層的交界處。

（2）錨桿變形和支護失效。在巷道掘進過程中，可能出現錨桿損壞、斷裂等問題，未能得到有效處理會形成網兜，導致支護區域受力異常，對斷裂錨桿處實施支護補強后，仍無法控制巷道變形。

（3）常規支護方案下，頂板部分區域發生冒漏。巷道頂煤較厚（全煤巷），常規支護方案下，如不進行加固，在斷層構造應力影響下，頂板冒漏現象無法避免。

3 工作面支護方案改進設計

3.1 高預應力支護技術理論分析

工作面中采用高預應力錨網索支護技術，主要向目標預施加張拉應力，使其受力情況穩定，投入使用后不會因為擾動出現受力、傳力、導力變化，能夠控制動態因素變化，提高安全性。錨索打設時，預應力應高于300 kN。施加高預應力后，巷道圍巖會形成“承載拱”，能夠最大限度提升圍巖整體性，防止巷道圍巖出現變形現象。同時，采取高預應力錨索進行支護，能夠整體提升巖體的抗壓能力，使巷道圍巖保持穩定。

3.2 高預應力錨索支護方案設計

首先考慮保留原有支護方案中有效部分，在此基礎上，對可能出現的動態因素進行評估，結合其可能出現的形變進行設計優化。同時，為了提升巷道的穩定性，需考慮煤層厚度、地質構造以及巖體特性的影響，合理選擇巷道支護方式。

以8512 工作面回風巷為例，對支護方案進行設計優化，如圖1 所示。頂板支護：采用Ф20×2000 mm 規格的高強度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，選用150×150×10 mm 規格的鋼制錨桿托盤，錨桿打設間排距940×900 mm，選用的錨固劑型號為MSK2380，錨固力≥95 kN；錨索規格為Ф21.6×6500 mm，鋼制錨索托盤規格為300×300×15 mm，錨索間距900 mm，每兩排分別按照2/4 眼和3/5 眼的位置布置4 根錨索，眼位間距940 mm，采用MSK23100 型樹脂藥卷對錨索進行錨固，錨固力≥300 kN；頂網規格2100×1000 mm，采取橫向鋪設的方式。兩幫支護的錨桿規格：Ф20×2000 mm，錨桿間排距800×900 mm，頂角錨桿距離頂板350 mm，且與頂板成25°夾角，錨固力75 kN 以上。

圖1 回風巷支護方案改進支護示意圖

3.3 支護效果分析

在支護完成后，監測巷道圍巖的變形量，監測結果如圖2 所示。根據監測結果：頂底板圍巖累計變形總量為228 mm，兩幫變形總量為546 mm，為巷道斷面的10.8%。巷道頂板變形與兩幫變形分別發生在采場前方的25 m、30 m 處，不影響工作面正常作業，圍巖形變得到控制。巷道頂板處煤巖交界處容易出現頂板離層，平均離層量為4.2 mm，離層不明顯。因此，巷道采用高預應力錨網索支護技術后，圍巖變形與頂板離層現象得到有效控制，滿足回采安全需要。

圖2 巷道圍巖變形監測結果

4 結語

應用高預應力錨網索對工作面順槽支護進行優化，通過對巷道圍巖的變形監測結果可知：該支護技術有效改善了巷道圍巖變形、頂板離層的問題，巷道不穩定圍巖結構得到加強，安全性和實效性較高，具備良好支護效果，能夠實現預期支護目標，滿足巷道回采安全需求。