破碎围岩超大断面切眼支护

李飞　彭建川

摘 要：为了解决赵固二矿破碎围岩超大断面切眼支护的难题，进行了现场调研，结果表明，1105工作面切眼围岩破碎，切眼正常段宽度达到了9.2m。为了克服普通锚杆锚索在支护切眼过程中的不足，文章提出了长锚杆锚索联合支护技术，并在赵固二矿1105工作面切眼现场应用。应用结果表明，使用长锚杆锚索联合支护技术后，浅部长锚杆锚固区岩层稳定，长锚杆很好地发挥了支护作用，破碎围岩控制效果良好。

关键词：破碎围岩；超大断面切眼；长锚杆

我国煤矿开采逐渐进入深部开采阶段，深部软岩巷道或者硐室不断涌现。这类围岩性质软弱、地应力大、围岩变形严重[1-3]。现在支护此类巷道或者硐室主要采用锚杆和锚索联合支护或者二次支护技术。但现场实践表明，锚索支护仍存在如下一些问题：（1）由于外端头受力不良及与围岩点接触，软弱岩体受点载荷，顶板强化效果不明显；（2）抗变形性能差，锚索与锚杆承载不同步，易超前锚杆集中受力；（3）实测钢绞线破断力一般在180～250kN左右，而目前使用的等强型螺纹钢锚杆破断力在170～195kN相近，强度区别不明显；（4）内锚固端的三径匹配不合理，锚固点位置常常内移，锚固性能不可靠；（5）由于槽钢托梁抗侧压能力极低，槽钢很快形成倒扎角，不易形成有效支护。一旦发生变形，回收后难以再利用，这一特性决定了槽钢二次支护利用率低的事实，因此增大了巷道的支护费用。

为了解决破碎围岩大断面切眼支护问题，文章提出了长锚杆锚索联合支护技术。

1 工程概况

赵固二矿主采煤层为二-1煤层，厚度为6.0m～6.59m，平均6.32m，1105工作面长度为180m，采用一次采全高采煤法。1105工作面切眼围岩破碎，切眼正常段宽度达到了9.2m，机头机尾段长度共计31m，宽度达到了10.2m，高应力破碎围岩条件下的大采高超大断面切眼的支护问题在国内尚无先例，因此对1105工作面高应力破碎围岩超大断面切眼支护技术进行系统研究具有重要意义。

2 长锚杆介绍

无纵肋螺纹钢式树脂锚杆金属杆体，选用屈服强度大于335MPa，抗拉强度不小于490MPa的无纵肋左旋螺纹钢，其外形尺寸符合锚杆专用螺纹钢的要求。杆体的延伸率大于15%，杆体直线度≤2mm/m。

杆体直径20mm，锚固力>105kN；尾部螺纹直径M22mm，尾部螺纹承载力≥105kN；连接头尺寸直径26.5±5mm，连接头长度50mm，连接螺栓规格M18×2，连接螺栓长度60±5，连接头的承载力≥139kN；托盘的承载力≥105kN，尾部螺纹的承载力≥105kN。

长锚杆杆体长度可以根据巷道的高度和锚杆设计长度加工分成两段或更多段用螺栓进行连接，利用锚杆钻机的扭力自然的把两段连接在一起，锚杆连接头的承载力不小于杆体极限抗拉力的90%，远大于锚固力值，杆体加长后可以保证其锚固力值不降低。具有以下优点：锚杆延伸率与锚杆相同，是锚索的五倍；整体破断力大于十八吨，相当于锚索破断力；锚固力可靠，高于锚索锚固力；比锚索施工方便，成本更低，安全性更好等。

3 支护方案

根据切眼围岩条件，提出破碎围岩超大断面切眼长锚杆锚索协调支护技术[4-5]，支护参数为：

（1）开切眼分两次掘进，第一次掘进4800mm，然后扩刷至9200mm，第一次掘进支护形式：锚网（索）+槽钢梁+W型钢带+钢筋梯联合支护。刷帮后支护形式：超长锚杆+锚索+金属网+槽钢梁+W型钢带+钢筋梯联合支护。

（2）锚杆规格：φ20×2400mm螺纹钢锚杆；间排距：800×800mm，顶部、帮部锚杆锚固长度分别为1200mm、900mm（一卷快速锚固剂、一卷中速锚固剂），帮部锚杆托盘为W型钢带、δ10×150×150mm。超长锚杆规格：φ20×4000mm。

（3）托盘配合使用，顶部锚杆托盘为δ10×150×150mm托盘、钢筋梯配合使用，钢筋梯长度为4160mm。

（4）槽钢梁锚索规格：Φ21.6×8250mm和Φ21.6×12000mm，间排距分别为：1400mm×1600mm和1600mm×1600mm，锚固长度均为2400mm（两卷快速锚固剂、两卷中速锚固剂），托盘规格：16#槽钢梁与δ12×120×120mm、δ12×80×80mm钢板和δ50×120×120mm木垫板配合使用；掘进断面、扩刷断面槽钢梁长度分别为4500mm和5100mm，槽钢梁不准截割，锚索预应力不低于30MPa。

（5）点锚第一列和第二列锚索规格为：Φ21.6×12000mm，其余点锚索规格为：Φ21.6×8250mm；间排距均为：1600mm×1600mm，锚固长度均为2400mm（两卷快速锚固剂、两卷中速锚固剂），托盘采用δ12×400×400mm、δ16×200×200mm钢板和δ50×200×200mm木垫板配合使用，锚索预应力不低于30MPa。

（6）金属网片为Φ5.6mm钢筋焊接，网幅900×1700mm，网片搭接100mm，每格用14#铅丝绑扎，锚杆与钢筋梯打在金属网片接茬处。

4 结束语

在工作面回采约6.2m时，采空区顶板位移产生突变，工作面回采约7.5m时，采空区顶板出现冒落。液压支架顶梁长度为4.8米，所以此时支架顶梁离开切眼正常段1.4m（采空区顶板悬空10.6m）时，采空区顶板出现垮落迹象，支架顶梁离开切眼正常段2.7m（采空区顶板悬空11.9m）时，采空区顶板冒落，由此可以判断，在相似地质条件、开切眼断面长度设计为9.2米条件下，超长锚杆锚索协调支护方案是合理安全的。

赵固二矿1105切眼顶板以砂质泥岩为主，围岩属高应力环境下破碎围岩。随着工作面的推进，采空区切眼位置顶板深部岩层首先发生明显位移，而浅部岩层离层不明显，说明浅部长锚杆锚固区岩层稳定，长锚杆很好地发挥了支护作用，破碎围巖控制效果良好。

参考文献

[1]何满潮，谢和平，彭苏萍，等.深部开采岩体力学研究[J].岩石力学与工程学报，2005，24（16）：2803-2813.

[2]康红普.深部巷道锚杆支护理论与技术[C].煤炭科学研究总院北京开采研究所建所50周年论文集.地下开采现代技术理论[M].北京：煤炭工业出版社，2007：50-59.

[3]周宏伟，谢和平，左建平.深部高地应力下岩石力学行为研究进展[J].力学进展，2005，35（1）；91-99.

[4]李季，刘洪涛，王世刚，等.薄基岩大断面切眼超长锚杆锚索联合支护技术研究[J].煤炭工程，2013（7）：36-38.

[5]赵志强，贾后省，王志刚，等.大采高超大断面切眼长锚杆锚索组合支护技术[J].中国煤炭，2013，39（11）：67-71.

作者简介：李飞（1991-），男，河南濮阳人，在读硕士研究生，主要从事巷道支护技术和矿山压力及岩层控制的研究。