淺析礦井沿空巷道錨索補強加固支護方案

陳迎春

(平頂山天安煤業股份有限公司二礦，河南 平頂山 467000)

0 引言

平頂山天安煤業股份有限公司二礦煤層較為松軟，圍巖整體性較差，因此在巷道挖掘過程中存在著頂板破碎嚴重、圍巖變形量超標、頂板片幫垮塌等現象，現有支護方案無法滿足實際需求，掉落的圍巖阻礙了巷道的挖掘進程，限制了礦井開采效率的提升。針對當前開采過程中遇到的實際問題，本文提出了一種“預應力讓壓錨桿+雙鋼筋托梁+金屬經緯網+錨索補強支護”的聯合支護方案，提升了巷道的支護效果，增強了對巷道圍巖變形量和頂板垮度等參數的控制。

1 工程背景

所選礦井工作面所處位置地面標高平均值+307 m，工作面標高平均值+45 m，煤層均厚3.4 m，巷道斷面呈矩形，長度為5.1 m，寬度為3.5 m。

2 巷道支護方案

2.1 頂板支護方案

礦井現有的支護方案為錨桿、雙鋼筋托梁、錨網和錨索的聯合支護的方式。錨桿使用預應力讓壓錨桿，相鄰錨桿間的間距為900 mm，排距為1 000 mm。頂板錨桿同頂板垂直進行打設，左右兩幫錨桿同側幫垂直方向呈20°進行打設。連接托梁選用6眼雙鋼筋托梁，托梁直徑為16 mm，長度為4 800 mm，寬度為900 mm，高度為120 mm；錨索采用高強度低松弛預應力鋼絞線，直徑為22 mm，長度為7 300 mm，呈小五花的形式布置，所有錨索打設方向均同頂板垂直。

2.2 側幫支護方案

側幫主要存在圍巖變形量過大的問題，本文采取錨桿、雙鋼筋托梁及錨網聯合支護的方案。在左右兩幫對稱布置錨桿，錨桿選取讓壓錨桿，每排錨桿的數量為4根，相鄰錨桿間的間距為950 mm，排距為 1 000 mm，除頂底板和兩幫交界處的錨桿打設同兩幫呈10°外，剩余錨桿打設時均和巷幫垂直。

2.3 頂板錨索補強支護方案

現有方案下巷道頂板的下沉量過大。本文采用錨索補強的支護方案。沿空巷道頂板，基于原方案進行補強，補強錨索分別布置在巷道頂板的中部以及頂板距兩側幫550 mm處，實現了對巷道頂板下沉量的控制。補強錨索選用高強度低松弛預應力鋼絞線，直徑為22 mm，長度為6 300 mm，每排錨索的數量為3根和5根交叉布置，相鄰錨索間的間距分別為1 400 mm和1 000 mm，排距為1 000 mm，所有打設時均和巷道頂板垂直。

3 巷道圍巖變形監測方案

3.1 測點布置

為探究優化后支護方案的支護效果，在巷道內進行測點布置監測巷道圍巖的變形情況，共計設置7個測點，沿試驗區域依次布置，首尾2測點分別在試驗區的前后，其余5測點均在試驗區內部。測點的具體布置形式：將測點1布置在下順槽距工作面開切眼150 m處，相鄰測點間的間距為25 m，依次進行布置。

3.2 監測內容

1)巷道表面位移監測。采用“十字測量法”實時監測巷道表面的位移量，在巷道的頂板、底板和兩幫分別布置適當的測點，使用皮尺測量頂底板以及兩幫間的距離作為初始參數，經過一定的時間間隔后，測量頂底板和兩幫間的距離，2次測量的差值即為頂底板和兩幫的位移量，通過位移量和時間的比值即可得出頂底板和兩幫的位移速度。

2)巷道頂板離層監測。通過頂板離層檢測儀對巷道頂板離層值進行監測，在每個測點和頂板中部錨索間布置3個監測點，相鄰監測點間的距離為2 m，監測點間通過監測1線相連接，每個測點對應一臺離層監測儀，型號為DZY-8 m，每個離層監測儀布置2個基點，深度依次是2.3 m以及5.1 m。兩基點A、B所測變形量的差值即為A、B間的離層值。

3)錨索工作阻力監測。通過錨索載荷監測儀進行錨索工作阻力的監測，型號為YAD-200，沿每個測點布設2個錨索工作阻力監測點，相鄰監測點間的距離為2 m。通過數據采集器進行數據的采集存儲，實現對錨索工作阻力的實時監測。

4 監測數據分析

4.1 巷道表面位移

通過“十字測量法”測得的巷道回采過程中頂底板和兩幫間的位移量如圖1所示。

圖1 巷道表面實際位移情況圖

4.2 巷道頂板錨索受力

通過沿測點布置的錨桿測力儀測得巷道回采過程中錨索受力變化情況，如圖2所示。

圖2 錨索受力情況圖

結果分析如下。

1)采用原有的支護方案，巷道兩幫位移量均值為471.9 mm，頂底板位移量均值為565.4 mm；采用優化后的支護方案，巷道兩幫位移量均值為382.3 mm，頂底板位移量均值為頂底板近量363.9 mm；分別下降了19.0%以及35.6%。

2)采用原有的支護方案，錨桿支護范圍內的離層值均值為117.1 mm，錨索支護范圍內平均離層值均值為160.3 mm；采用優化后的支護方案，錨桿支護范圍內的離層值均值為105.2 mm，錨索支護范圍內平均離層值均值為149.5 mm；分別下降了10.2%以及9.3%。

3)采用原有的支護方案，錨索平均受力峰值為309.8 kN；采用優化后的支護方案，錨索平均受力峰值為286.9 kN，下降了7.4%。

5 結語

本文采用錨索補強支護的方式對現有支護方案進行了優化，降低了巷道頂底板和兩幫圍巖的位移量、頂板離層值和錨索平均受力峰值等，提升了巷道整體的支護效果。