辛置煤礦回采巷道錨網索支護技術研究

鄭田野

（霍州煤電集團辛置煤礦，山西 霍州 031412）

1 工程概況

巷道作為礦井生產系統的重要組成部分，主要擔負著行人、通風以及運輸等任務[1-2]。隨著開采深度的增加，大多數巷道處于高地應力區域，且巷道圍巖強度低，結構面不穩定，巖石破碎，容易受到地質構造以及相鄰工作面開采擾動等因素的影響，巷道破壞變形嚴重，巷道支護困難，維護成本過高[3-4]。因此，根據礦井巷道作用、服務年限和圍巖性質制定合理、經濟、安全的支護方案是保障礦井安全生產的有效手段[5]。

辛置煤礦2-216綜采工作面位于310 m水平二采區，其巷道布置平面示意圖如圖1。工作面所采2#煤層位于二疊系下統山西組，煤層穩定可采，結構復雜，含兩層夾矸。煤層整體為單斜構造，東北高西南低，工作面煤層整體坡度較小，煤層傾角平均為9°。工作面運輸巷與回風巷均沿煤層走向布置，巷道斷面形狀為矩形，設計尺寸4.2 m×3.2 m，長度為669 m。工作面回采巷道采用錨網索聯合支護技術，有效解決了巷道頂底板圍巖強度低、整體破碎、存在較多裂隙、巷道支護困難、圍巖變形難以控制等問題。

圖1 2-216綜采工作面巷道布置示意圖

2 錨網索支護機理分析

回采巷道在支護過程中，通過對錨桿尾部的螺母進行擰緊，將力傳遞到錨桿托盤上，對錨桿桿體施加軸向拉力（kN）、錨桿螺母施加力矩（N·m）。在錨桿尾部的拉應力區通過托盤傳遞到巷道圍巖，壓應力區在巷道表面出現，錨桿錨固范圍內的圍巖被壓縮，在錨固范圍內的圍巖不易出現明顯的離層、滑動與拉應力區，進而提高巷道圍巖整體穩定性。圖2為錨網索聯合支護技術示意圖。

由圖2可知，在巷道支護過程中，錨桿與錨桿之間在巷道錨固區圍巖形成具有一定厚度的有效壓應力拱，增強支護體系的穩定性與自身承載能力，提高巷道圍巖穩定性，減緩巷道圍巖塑性區進一步拓展。當回采巷道受到工作面開采擾動以及工作面來壓的影響，巷道塑性區開始增大，當巷道冒落范圍大于錨桿錨固區的有效應力區范圍時，錨桿錨固會失效，造成巷道頂板與錨固體系產生滑移，巷道頂板可能會產生冒頂。為了防止巷道頂板出現冒頂事故，采用錨網索聯合支護手段，通過在巷道頂板設置錨索，增大錨固區范圍，將錨索與錨桿聯合支護，實現巷道頂板錨桿之間形成的壓應力拱結構與巷道頂板上方穩定巖層相連接，最大限度地利用上部穩定巖層提高圍巖-錨固支護體系的整體穩定性與圍巖自身承載能力，進而達到預防巷道頂板冒頂以及改善巷道錨固效果的目的。

圖2 巷道錨網索聯合支護技術示意圖

3 巷道支護方案及效果檢驗

3.1 巷道支護方案

對巷道頂板和兩幫分別進行支護設計，巷道支護設計圖如圖3。

（1）頂板支護設計

巷道頂板采用“錨網索配合鋼筋網、鋼筋梯子梁及鋼帶”聯合支護。圖3（a）為頂板支護平面圖。

錨桿布置：頂板布置7根左旋無縱筋螺紋鋼等強錨桿，規格為Ф20 mm×3000 mm，間排距為800 mm×800 mm；托盤規格為150 mm×150 mm×10 mm鋼板壓制成弧形。每孔采用2個MSK快速樹脂錨固劑；錨桿錨固長度0.8 m，預緊力為100 kN，頂板角錨桿安裝角度為15°。鋼筋網規格：Ф6.5 mm×900 mm×1600 mm，相鄰兩塊鋼筋網之間采用“彎鉤”連接。

錨索布置：錨索規格Ф17.8 mm×6000 mm。頂板完整時采用“3-0-0-3”方式布置，間排距為1500 mm×1600 mm；托盤規格300 mm×300 mm鋼板壓制成弧形；每個錨索孔采用1個MSK快速樹脂錨固劑和2個MSZ中速樹脂錨固劑錨固。錨索預緊力為200 kN。

（2）兩幫支護設計

巷道兩幫采用“錨桿+鋼筋梯+雙層網”聯合支護。圖3（b）為兩幫支護平面圖。

錨桿布置：型號為Ф20 mm×2500 mm左旋無縱筋螺紋鋼等強錨桿，間排距為800 mm×800 mm，托盤規格為150 mm×150 mm×10 mm鋼板壓制成弧形。幫部為煤體時，每個錨桿孔采用1個MSK快速樹脂錨固劑和1個MSZ中速樹脂錨固劑錨固；幫部為巖體時，每個錨桿孔采用2個MSZ中速樹脂錨固劑錨固。其中，錨桿錨固長度為0.8 m，預緊力為100 kN，頂板角錨桿安裝角度為10°。

鋼筋網規格：Ф6.5 mm×900 mm×1600 mm，鋼筋網布置：頂部布置4塊網，從巷道中心線向兩側各布置2塊，剩余部分在肩窩處彎曲布置，保證寬度為4.7 m，并且護嚴兩肩窩；硬質塑料網規格為1 m×12 m，搭接100 mm。

巷道支護斷面圖如圖3（c）。

圖3 巷道錨網索支護設計圖

3.2 工程效果檢驗

為驗證2-216工作面回采巷道錨網索聯合支護技術方案的合理性，制定回采巷道礦壓監測方案，監測2-216工作面回采巷道表面位移。通過對測站距2-216工作面不同距離的巷道表面位移數據進行分析，總結回采巷道表面位移的變化規律，具體變形監測數據如圖4。

由圖4可知，隨著2-216工作面推進，巷道變形量逐漸變大。巷道兩幫最大位移量分別為220 mm、260 mm，頂底板移近量最大分別為140 mm、160 mm。頂板基本無離層，巷道位移小，兩幫移近量較小，且是整體位移，回采巷道圍巖穩定性得到提升，巷道在工作面回采期間的安全性得到了保障。

圖4 兩類巷道變形監測情況

4 結論

（1）回采巷道由于圍巖強度低，結構面不穩定，巖石破碎，容易受到地質構造、相鄰工作面開采擾動以及周期來壓等因素的影響，巷道支護困難，維護成本過高。結合2-216工作面回采巷道的實際情況，提出了錨網索聯合支護技術，采用錨索與錨桿聯合支護，提高圍巖-錨固支護體系的整體穩定性與圍巖自身承載能力，進而達到預防巷道頂板冒頂以及改善巷道錨固效果的目的。

（2）分別對回采巷道的頂板和兩幫進行支護設計，并通過測站對距工作面不同距離的巷道表面位移數據進行分析。巷道頂板基本無離層，巷道位移較小，回采巷道圍巖整體性得到提升，巷道在工作面回采期間的安全得到保障。