深井沿空掘巷巷道支护参数研究

孙晖

【摘 要】本文介绍巷道围岩破坏机理和锚网索联合支护机理的基础上，分析深井沿空掘巷主要特征，阐述支护方式重点。同时结合锚网索联合支护在陈蛮庄矿支护中成功的实践，论证了锚网索联合支护在深井沿空掘巷支护中应用的可靠性，同时为同等条件下的支护应用进行工程类比借鉴。

【关键词】围岩破坏机理；锚网索联合支护；支护机理

近年来，随着煤矿开采技术的不断提高，煤矿资源开发深度超过千米，由于地压大、应力高等原因，导致深井掘进、支护困难，返修率高，从而产生底鼓、顶板下沉、两帮收敛变形、冒顶、片帮等一系列问题。在下区段工作面回采后，由于顶板岩层的冒落及上覆岩层的移动，引起了围岩应力的重新分布，在采空区两侧产生侧向支撑压力，并且由于采空区边缘向煤体深处形成了应力降低区、应力升高区和原应力区。但是由于各矿井地质条件千差万别，针对以上问题，通过对陈蛮庄煤矿东翼3100采区现场实测的相关数据分析，对3102轨道顺槽沿空掘巷巷道支护参数进行研究。

1 试验巷道的工程地质条件

该巷道北邻3103工作面采空区，工业广场保护煤柱线以东，巷道设计长度460m。煤（岩）层为单斜构造，煤岩层倾角12～28°平均20°，老顶为6.3m粉砂岩，直接顶为1m泥岩。直接底为0.6m泥岩，老底为8.4m细砂岩，煤厚平均3.1m，煤层结构简单。

该巷道掘进区域内有DF37正断层，落差0～6m，对掘进影响较少，采空区位于巷道倾斜方向下方，因此不受采空区积水浸泡影响。

2 巷道围岩的破坏机理

受应力环境作用，深部巷道围岩的结构效应降低，甚至不起作用，而围岩的挤压变形、剪切滑移的塑形屈服破裂膨胀，导致巷道底鼓、断面收缩。当变形发展到一定程度，就会发生片帮或跨冒等现象。最初，变形地压与阻止围岩的位移成正比，即支护结构刚度越大，变形地压越大。随着围岩变形的增加，其地压也随之减少。同时，围岩变形释放的过程也是围岩本身强度降低的过程。当围岩变形发展到一定量值时，围岩强度发生恶化，不能自稳，从而发展为松脱地压，即顶板松脱岩体在自重的作用下发生跨冒，底板鼓起，两帮挤进。

3 锚网索联合支护机理

锚杆支护具有快速、主动的优点。在巷道表面围岩内施加预应力锚杆，使巷道表面围岩由两向应力变为三向应力状态，在其内部形成支护结构。在巷道围岩变形和应力调整过程中，锚杆与巷道围岩产生作用与反作用，锚杆的支护阻力随之增大。锚杆使在其长度范围内的岩体内部形成具有一定强度和厚度的“压力拱”来承受地压，从而大幅度降低围岩的变形量，使巷道处于稳定状态。

锚杆加固虽然对提高围岩极限强度没有明显的效果，但对提高围岩破坏后的残余强度有显著作用。巷道周围，锚杆与其锚固范围内的岩体构成锚固体，当这个锚固体中的岩体在围岩集中应力作用下发生破坏时，其承载能力降低并产生变形，同时围岩的集中应力向深部转移，在此过程中，锚固体通过锚杆约束作用，使塑形破坏后易于松动的岩体构成具有一定承载能力和适应自身变形的锚固平衡拱。

锚索支护一方面起到悬吊作用，一方面也起到组合加固作用。组合加固与悬吊作用的结果使巷道上位岩层中的应力向煤帮更深转移，从而降低了巷道两帮与地板中的应力。

4 支护方式

3102轨道顺槽断面为矩形，宽度4500mm，高度3000mm，顶板每排布置7根Q500-20×2400mm高强预应力左旋无纵筋锚杆+W钢带+钢筋网+锚索联合支护。锚杆间排距750×800mm，锚索“1—2—1”支护在W钢带空档内，锚索Φ17.8mm，锚固力不小于200KN。帮部采用等强螺纹钢锚杆+W钢带+钢筋网+锚索联合支护，锚杆间排距800×600mm，锚索“三花”布置，分别距顶板1500mm、1000mm打设在W钢带空档内

5 支护效果

为了掌握3102轨道顺槽巷道围岩活动规律及支护效果，为今后进一步优化和改进锚网索支护的参数提供依据，在3102轨道顺槽使用“十字”交叉法设置6个表面位移测点以及5个顶板离层测点。通过每10天观测一次进行数据记录，通过数据显示，两帮表面移近量最大为100mm，如图可以看出，巷道断面收敛很小，两帮变形得到有效控制。顶板下沉量最大为20mm，可见，采用锚网索联合支护对巷道顶板取得良好的支护效果。

6 结论

6.1 深井沿空掘巷应力大，目前属于支护较困难巷道类型之一，在顶板条件较好情况下，采用锚网索合理布置，可以对顶板进行有效的控制。

6.2 顶板锚杆能增加顶板下位岩层的完整性，形成“组合拱”，从而形成完整的承压层。

6.3 锚索锚入深部稳定岩层，使浅部与深部形成有效组合，对顶板及帮部起到较好的加固作用。

[责任编辑：曹明明]