軟弱頂板大斷面切巷錨網索聯合支護技術及應用

暴廣昌

（晉能控股煤業集團長治三元中能煤業有限公司，山西 長治 046600）

大斷面切巷頂板巖層的跨度大，頂板巖層控制相對困難，尤其當頂板巖層遇到泥巖、砂質泥巖等軟弱頂板巖層時，由于該類巖層自身強度低、承載能力弱、自穩性能差且易發生碎脹變形，大斷面切巷圍巖控制難度進一步加大[1-5]。下霍煤礦1306切巷斷面大，頂板存在軟弱煤層和砂質泥巖、泥巖（直接頂巖層），因此，開展軟弱頂板巖層大斷面切巷錨網索聯合支護技術研究與應用，具有重要的現實意義。

1 工程概況

1306工作面為井田內一采區工作面，開采3#煤層，開采煤層平均厚度5.3 m，平均傾角6°，屬近水平煤層。開采區域煤層結構穩定，節理、裂隙發育。工作面北側為1305工作面采空區，其余三側均為實煤體。3#煤層直接頂巖層為0.86～7.35 m的砂質泥巖、泥巖，直接頂巖層大部呈灰～灰黑色，中厚～厚層狀，泥巖自然抗壓強度5.8 MPa，砂質泥巖自然抗壓強度4.8～26.5 MPa，均為軟弱巖層；基本頂為厚2.55～16.50 m的細粒砂巖，自然抗壓強度33.6～57.0 MPa，為半堅硬巖～堅硬巖層；3#煤層直接底板為厚0.30～6.31 m的砂質泥巖、泥巖，自然抗壓強度10.7～21.6 MPa，為軟弱巖層；3#煤層基本底為1.05～4.83 m厚的細粒砂巖，自然抗壓強度為20.3 MPa，為半堅硬～堅硬巖層。1306切巷沿煤層底板布置，切巷掘進矩形斷面，掘進高度3.2 m，掘進寬度7.80 m，切巷頂板為0.86～7.35 m軟弱頂板巖層，支護難度較大。

2 大斷面切巷錨網索聯合支護技術

1306切巷頂板軟弱巖層自身強度低、承載能力弱、自穩性能差、易發生碎脹變形，加之斷面跨度較大，圍巖控制難度很大。為保證1306切巷服務期內的穩定，根據切巷實際采掘生產地質條件，開發了軟弱頂板巖層大斷面切巷錨網索聯合支護技術，促使支護圍巖形成共同承載體，從而實現大斷面切巷的穩定控制。具體支護參數如下：

（1）切巷頂、幫錨桿均采用直徑22 mm、長度2400 mm的高強錨桿，間排距設計為0.8 m×1.0 m，每根錨桿配套規格150 mm×150 mm×12 mm的高強度拱形托盤，每根錨桿打設1支型號CK2340、1支型號Z2360的樹脂錨固劑，錨桿的預緊扭矩不低于360 N·m。高強度、高預緊力的錨桿支護強化頂板淺部煤巖層，提高軟弱頂板巖層的自身承載能力，并促使錨桿形成的錨固支護體與圍巖形成共同承載體，如圖1。

圖1 切巷支護斷面示意圖（mm）

（2）頂板錨索采用直徑18.9mm、長度11 000 mm的1×7股預應力鋼絞線，間排距設計為1.6 m×2.0 m，每排5根。非開采幫錨索采用直徑18.9 mm、長度5300 mm的1×7股預應力鋼絞線，間排距設計為1.6 m×2.0 m，每排2根。每根錨索均配規格300 mm×300 mm×14 mm的高強拱形托盤。頂板錨索打設2支型號CK2340和3支型號Z2360樹脂錨固劑，非開采幫錨索打設1支型號CK2340和2支型號Z2360樹脂錨固劑，錨索的張拉預緊力不低于35 MPa。長度11 000 mm頂板錨索可將錨桿形成的錨固支護體結構錨固至堅硬基本頂巖層，充分發揮基本頂巖層的承載性能，從而實現大斷面切巷的穩定控制。

（3）頂、幫錨桿均采用鋼筋梯子梁連接，梯子梁由直徑14 mm圓鋼焊接而成。

（4）頂板每2根或3根錨索采用M鋼帶連接，非開采幫錨索采用M鋼帶連接，M鋼帶規格為厚4 mm、寬280 mm。

（5）頂、幫均鋪設菱形金屬網，10#鐵絲編制，頂網規格為4.4 m×1.2 m、3.0 m×1.2 m，幫網規格為2.8 m×1.2 m。

3 切巷圍巖控制效果分析

1306切巷支護后，進行巷道變形監測，圖2為切巷變形曲線圖，圖3為切巷變形速度曲線圖。由圖2、圖3可知，切巷圍巖呈現分階段變形特征，第一階段為圍巖失穩快速變形階段，第二階段為圍巖失穩調整緩慢變形階段，第三階段為圍巖穩定階段。其中，第一階段圍巖失穩快速變形階段發生在巷道掘出1.5月內（45 d），該階段切巷開挖，圍巖短時間失穩及應力調整，切巷變形速度較快，其頂板變形達78 mm，平均、最大變形速度分別為1.76 mm/d、3.38 mm/d，其幫部變形達100 mm（開采幫約75 mm），平均、最大變形速度分別為2.48 mm/d、5.19 mm/d，幫部變形主要發生在開采幫一側；第二階段圍巖失穩調整緩慢變形階段發生在巷道掘出1.5～3月內（45～90 d），該階段受支護結構影響明顯，圍巖應力逐漸調整至穩定，切巷圍巖變形速度減緩，階段內頂板變形45 mm，平均、最大變形速度分別為1.21 mm/d、1.81 mm/d，其幫部變形56 mm（開采幫約39 mm），平均、最大變形速度分別為1.39 mm/d、1.68 mm/d，圍巖變形速度減緩35%～45%；第三階段圍巖穩定階段在巷道掘出3個月（90 d）后，切巷圍巖應力已調整穩定，支護結構已初步形成共同承載結構，切巷圍巖變形速度降低至0.3 mm/d以下，圍巖趨于穩定，頂、幫變形量分別為135 mm、169 mm，開采幫變形明顯大于非開采幫?，F場調研切巷未發現大變形現象，表明了大斷面切巷錨網索聯合支護技術的合理性。

圖2 切巷變形曲線圖

圖3 切巷變形速度曲線圖

4 結論

本文提出了軟弱頂板巖層大斷面切巷錨網索聯合支護技術，技術以強化頂板軟弱煤巖層、利用基本頂堅硬巖層為核心，利用高強度、高預緊力錨網索支護，在1306切巷進行了應用，切巷掘出3個月后，切巷圍巖變形速度降低至0.3 mm/d以下，圍巖趨于穩定，頂、幫變形量為135 mm、169 mm。綜上，大斷面切巷錨網索聯合支護技術實現了1306切巷的穩定控制。