锚杆锚索联合支护在大断面不稳定围岩煤巷中的应用

朱 俊

（山西宏宇诚铸建设工程有限公司，山西 怀仁 038300）

井工开采是我国煤炭的主要开采方式，受到开采深度以及开采强度、地应力、地质构造以及巷道断面较大等因素的影响，巷道围岩的控制难度不断加大。回采巷道围岩的稳定性直接关系到回采工作面的安全开采，因此在节理、裂隙等复杂构造发育和松散破碎的煤层赋存地质中进行回采巷道布置时，回采巷道围岩的稳定性支护问题显得尤为重要。南阳坡矿408-2巷原采用单一的锚杆支护方式，巷道围岩变形量大，巷道返修工程量大，制约巷道安全掘进。为了有效地对巷道围岩进行控制，尝试采用联合支护方式对巷道围岩进行控制。

1 工程背景

南阳坡矿408-2巷掘进工作面位于井下8号煤层一水平，服务于408盘区，井下标高在1188～1214m，地面标高在1390～1440m。8号煤层赋存较为稳定，煤层厚度在5.1～6.2m间，平均厚度5.9m，煤层倾角在1°～4°，平均2°，为近水平煤层。表1为8号煤层及顶底板岩性情况。

表1 8号煤层顶底板岩性

408-2巷上北部为已采采空区，在巷道掘进前方受到两条较大断层F55断层（∠59°H=15～57m）和DF53断层（∠67°H=0～35m）的影响，回采巷道的围岩稳定性受到断层等构造的影响较为严重，需要加强支护。

巷道开挖之后，周边岩层的受力状态发生改变，从三向受力转变为两向，应力状态不稳定，出现重新分布。垂向应力通过巷道顶板向两帮转移，水平应力向巷道顶板、底板转移。图1为巷道锚杆支护情况下围边变形量监测情况。

图1 锚杆支护状态下围岩变形量

图1所示为在锚杆支护状态时的巷道围岩变形过程，围岩的变形随着巷道的开挖整体可以划分为迅速增长、缓慢增长和基本稳定三个阶段。在监测点距离巷道掘进头0～30m时，巷道的变形处于迅速增长阶段；在监测点距离巷道掘进头30～60m时，巷道的变形处于缓慢增长阶段；在监测点距离巷道掘进头60m后，巷道的变形处于基本稳定阶段。

2 锚网索联合支护的作用机理

锚杆锚索联合支护的对象主要是巷道断面较大，且受断层、节理等构造影响容易发生变形的巷道。锚杆锚索联合支护能够将巷道的围岩从两向受力状态变为三向受力的原岩状态，对于软弱破碎的巷道围岩能够控制其变形，达到加固巷道围岩、限制围岩变形量来实现控制巷道稳定性的目的。

锚杆锚索联合支护与未支护条件下围岩应力分布相同，围岩的受力状态得到较大改善。

与采用锚杆支护相比，锚索支护能将作用于巷道周边的应力向岩层深部转移，分散围岩应力集中范围及集中程度，增强巷道围岩承载能力。锚索支护主要通过深入巷道围岩内部进行加固，将下部软弱破碎、易变形的围岩悬挂于上部坚硬岩层中，从而有效控制顶板岩层的下沉，以补充锚杆支护范围较小的弊端。一般来说，回采巷道刚开挖后的变形速度最快，因此要及时对巷道围岩进行支护。锚杆锚索被注入巷道围岩后，将在围岩内形成一个以锚孔为中心的倒锥形力学作用区，并且倒锥形的角度与顶板岩层的岩性和锚杆锚索的支护长度等有关。

3 支护方案设计及支护效果监测

3.1 支护形式及参数确定

根据煤层赋存条件及周边工作面巷道实际揭露资料，结合周边已回采的工作面的情况及类似矿井的支护经验，在该矿8号煤层408-2巷掘进工作面围岩进行锚杆锚索支护，确定支护参数和支护形式如图2所示。

具体的巷道支护参数如表2所示。

表2 巷道联合支护参数

图2 408-2巷支护参数图

3.2 支护效果监测和分析

在顶板及两帮设置检测点，观测巷道掘进时的顶底板和两帮变形量。

408-2巷采用锚杆锚索联合支护后，巷道维护效果明显好转，巷道顶底板最大移近量接近115mm，巷帮最大位移量为79mm，与相邻的仅仅采用锚杆支护的巷道相比，巷道的围岩变形量得到较好控制，保证了巷道围岩的稳定。

图3 锚杆锚索联合支护下围岩的变形过程

由图3分析可知，较之单采用锚杆支护条件下，锚杆锚索支护的巷道围岩变形迅速增长阶段更短，缓慢增长阶段不明显，并且位移量更小，位移也较为平缓，围岩更快进入变形稳定阶段。

比较图1和图3，表明锚杆锚索支护作为一种联合支护措施，能够起到很好的控制围岩持续变形、维持围岩稳定的作用。

4 结论

锚杆锚索联合支护作为一种主动支护形式，对煤层地质条件的适应性强，而且能够显著提高巷道围岩的承载能力，有效保证回采巷道的稳定性，是目前应用较为有效的支护方式。