运输大巷锚网索支护控制技术应用实践

明 洋

（晋能集团阳泉公司 上社煤矿，山西 盂县 045100）

岩体内存在的节理、裂隙等对围岩结构稳定性及受力变形破坏等具有重要的影响，节理裂隙等结构性弱面是岩体的薄弱环节所在，在采动影响下易使岩体沿着该结构面滑动或失稳，且节理裂隙面的围岩可锚性差，采用常规锚杆支护无法有效控制围岩的稳定性。某矿西翼运输大巷围岩节理裂隙发育，在使用年限内底鼓变形及两帮移近量均较大，针对上述情况，首先在巷道浅部围岩施工全长锚固预应力锚杆，控制浅部围岩裂隙，形成一次承载圈；在巷道两帮进行锚索梁二次支护，控制深部围岩变形，与一次承载圈共同作用形成复合承载圈，进而保证支护体系有足够的支护深度和支护强度，从而有效控制巷道围岩变形，保证支护结构的长期稳定性。

1 工程地质条件

上社煤矿主采15#煤层，煤层均厚5.47 m，煤层倾角2°～5°，平均埋深600 m，煤体单轴抗压强度为7.85 MPa。西翼运输大巷留顶煤沿煤层下部掘进。基本顶为10.3 m的中粒砂岩，单轴抗压强度为29.4 MPa，直接顶为2.8 m的炭质泥岩，单轴抗压强度为22.7 MPa，直接底为3.9 m的炭质泥岩，局部区域参杂铝质泥岩，该类岩层强度较低、较为破碎、遇水后容易发生膨胀崩解，其单轴抗压强度为18.4 MPa。

西翼运输大巷采用矩形断面，断面宽5400mm、高4200mm，巷道采用锚杆锚索联合支护，顶板采用直径为22mm、长度为2200mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆配合平钢带梁支护，锚杆间排距均为800mm，每隔两排锚杆布置一排直径为17.8mm、长度为7300的钢绞线锚索，锚索间排距均为1600mm。西翼运输大巷起始段位于向斜轴部的地质构造带内，周围存在多条其他巷道，巷道围岩应力集中现象剧烈，巷道施工完成后变形剧烈，两帮移近量达到1800mm，底鼓量达到1000mm，断面收缩严重，已无法满足正常生产的要求。

2 巷道围岩变形分析

1）巷道围岩节理裂隙发育，且处于地质构造带附近，因而容易产生剪切破坏。巷道周边实测水平应力可达到28.8 MPa，而通过煤岩样岩石力学试验可知15#煤层的单轴抗压强度仅为7.85 MPa，受到岩体内部节理裂隙的影响，其强度会进一步降低。在高水平应力和围岩内部节理裂隙的双重影响下，破碎的煤岩体向巷道内自由空间塑形流动。

2）巷帮支护强度不够，围岩变形量大。锚杆支护可对巷道围岩径向移动产生约束，在围岩浅部形成压应力区域，然而巷道断面较大，锚杆长度较小，仅为2.2 m，对巷道两帮的支护阻力相对较小，无法提供足够的支护阻力以防止围岩破碎。而围岩内部裂隙逐步由浅部向深部扩展，裂隙间相互贯通形成滑移面，在受到回采动压影响后，围岩沿着滑移面发生滑落失稳，从而向两帮鼓出；由于围岩松动，导致锚杆失去可靠的着力点，锚固力大大减小，无法继续有效控制围岩的变形破坏，随着时间的增长，两帮最终会出现较大的位移量。

3）锚杆锚索支护系统无法发挥其主动支护的作用。巷道围岩破碎、剪切变形严重。原锚杆支护系统中，锚杆预紧扭矩为150 N·m，预紧力值相对较小，支护结构产生的支护应力场同样较小。配合锚杆支护所使用的平钢带厚度仅为3mm，围岩变形导致其折损严重，且未进行相应的补强支护。由于钢带变形导致锚杆尾端的托锚力集中在一个相对较小的区域，无法将锚杆力均匀分散在周边岩体中，进而造成锚杆间岩体破碎、鼓出，导致锚杆支护阻力降低，无法充分发挥锚杆的锚固作用，最终使巷道支护体系失去其作用。

4）巷道底板未采取任何支护，底鼓变形严重。巷道直接底含有铝质泥岩。该岩层具有强度较低、较为破碎、遇水后容易发生膨胀崩解的性质，尤其在高应力作用下，会在岩层底板内发生流动性底鼓。随着底鼓范围及巷道底鼓量的不断增加，导致底板破坏深度逐渐增大，底板岩层的整体稳定性变差；同时会使巷帮承载结构失去可靠的着力点，两帮承载结构基础的稳定性降低，在径向应力的作用下，两帮围岩会向巷内移动，产生大变形。

3 西翼运输大巷围岩稳定性控制

3.1 围岩稳定性控制策略

通过上述分析，对应力较高、围岩破碎的该巷道实施有效支护，需采取两方面的措施，一是加强对对巷道两帮的支护，二是采取有效措施控制巷道顶底板变形。决定采用高强度锚网喷支护+帮部二次锚网梁索的综合支护技术。

（1）首先施工高预应力全长锚固锚杆对破碎围岩形成一次有效支护体系。该锚杆安装时，先进行端部锚固后并施加高预应力，上述步骤完成后，将锚杆剩余自由端采用水泥浆继续进行全长锚固，注入的水泥浆液，一方面能够与锚杆体结合对围岩变形实施有效控制，另一方面浆液渗入破碎围岩，能够将围岩内部节理裂隙充填，增大围岩的内聚力和内摩擦角，进一步促进锚杆预应力的实施效果。

（2）该巷道围岩节理裂隙发育，围岩在受到采动影响后，易发生峰后蠕变现象，一次支护后无法长期保持巷道围岩的稳定性，若要保证巷道围岩的长期稳定，需将深部围岩与浅部围岩有机结合起来，即在一次支护形成的围岩承载圈后，对巷道两帮进行锚索梁的二次支护，从而形成复合承载圈，以实现二者的同步协调变形。

（3）可通过在巷道两帮底角处施工底角锚杆及锚索，以控制巷道底鼓变形。

3.2 支护技术方案

根据巷道变形特征机理及围岩控制策略，最终决定采取以下支护方案。

（1）顶板加固措施，对顶板的支护主要通过补强锚索，在原支护方案中每两排锚索间补打一排锚索，锚索采用直径为17.8mm、长度为8000mm的钢绞线锚索，锚索间排距均为1600mm，选用长5000mm、宽180mm、厚5mm的“W”钢带配合锚索使用，最终顶板加固方案见图1。

（2）帮部加固措施，巷道顶板加固后对巷帮进行加固，巷帮采用直径为22mm、长度为2600mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距均为800mm，选用长3400mm、宽100mm、厚5mm的平钢带配合锚杆使用，靠近巷道底板最下一排锚杆与竖直方向呈15°向下施工，施工位置距离巷道底板高度不超过200mm，施工完成后对锚杆施加预紧力不小于60 kN。最后在巷道肩窝沿走向方向布置一排直径为17.8mm、长度为5500mm的钢绞线锚索。锚杆及锚索施工完成后对巷道全断面喷射混凝土，混凝土喷层厚度为100mm。

（3）帮部二次加固措施，二次加固施工与一次加固施工错开半个排距，二次加固施工采用两种不同断面A、B，所选用的锚杆、锚索及钢带规格尺寸与一次加固中相同，间距均为800mm、排距均为1600mm，距离巷帮底角200mm补打点锚索，点锚索选用直径17.8mm、长度为5500mm的钢绞线，排距为1600mm，巷帮加固方案见图2。

图1 顶板加固方案俯视图

图2 巷帮支护方案侧视图

4 矿压观测

为了检验二次支护后巷道支护效果，在巷道内设置矿压观测站，对巷道围岩变形进行100 d左右的持续观测，绘制了图3中围岩变形曲线，由图3可知，巷道在补强支护后，100 d内顶底板累计移近量为110mm、两帮累计移近量为80mm，总体来说，巷道围岩变形量较小，巷道支护效果良好。

图3 巷道围岩边形曲线

5 结语

现场试验结果表明，通过采用高预应力全长锚固锚杆支护体系可密闭围岩裂隙并提高巷帮强度，形成一次承载圈；对巷道两帮进行锚索梁的二次支护，从而形成复合承载圈；实现深浅部围岩的同步协调变形，确保支护系统的稳定性。从现场围岩变形观测来看，顶底板移近量及两帮移近量都较小，巷道支护良好。

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