锚杆配锚索交替支护技术在深部巷道支护中的应用

张红武

(平顶山天安煤业股份有限公司十一矿，河南 平顶山 467000)

0 引言

平顶山矿区是我国地质条件最复杂的矿区之一，煤系地质松软是典型的软岩矿区。平煤十一矿受煤层倾角大、埋深大、地质条件复杂等地质因素的影响，特别是己组煤层顶板为复合顶板，围岩构造应力普遍大于其他矿井，巷道支护难度大，围岩应力集中，巷道变形收敛异常显现，长期以来虽采用多种支护形式，效果均不理想，巷道围岩仍的不到有效控制，在短时间内就要反复维修，成本极高，不能满足生产经济指标需求。十一矿己四下山采区，作为十一矿近期阶段煤炭的主要战场，随着现代综采综掘机械化水平提高，时间工期都在与掘进和回采的生产效益赛跑。采用常规的支护技术已不满足在高产高效状态下支护环境巷道支护需求，一种简便快捷易操作，安全高效质量高的支护理念及方法就显的极其重要。为此，平煤十一矿在己四采区矿压变形规律和锚网支护机理的基础上进行分析研究，提出了实施高应力深部煤矿矿井巷道高强锚杆配锚索多层次交替支护技术的应用，在实验中取得了较好效果。

1 工程概况

1.1 地质概述

平煤十一矿己16-17-24080工作面，己16-17煤层倾角8°～15°，一般为12°，煤厚4.4～6.7 m；一般5.76 m，己16-17煤层直接顶为1.5～2.6 m厚的泥岩或细砂岩，局部夹1～3层的0.1～0.2 m厚的煤线，老顶为8～21.7 m厚的砂质泥岩或砂岩，直接底为5～11 m厚的泥岩，老底为2～8 m厚的L2灰岩。垂直埋深平均800 m左右，巷道围岩应力较高。煤层松软，顶板整体承压能力较差。

1.2 巷道围岩变形分析

根据矿山压力作用下出现的“断裂-损伤-流变”变化规律配合已四己16-17-24080机巷巷道煤层地质柱状图。巷道顶板有砂岩或砂质泥岩，而且巷道顶板局部破碎，两帮煤体松软，顶板采用高强锚杆锚杆、4 m锚索、7.5 m锚索配刚性托梁联合支护，实现高强度对巷道顶板围岩的整体加强锚固，同时由于受围岩应力影响，巷道两帮承压递增，矿压显现异常强烈，再者底板底鼓，两帮煤体脆弱易碎断裂流变，容易形成围岩松动圈，2.6 m锚杆支护强度受限，更易造成两帮收敛变形，在巷道围岩多重应力及特殊环境的影响下，巷道围岩变形量更是显现突出。

1.3 支护参数的确定

1.3.1 支护机理

高强度锚杆索支护能主动实现煤岩体物理力学性能力驱稳固，缩小围岩三向应力差值和加固围岩完整性，加强围岩强度的支护优点，结合巷道易压裂特性，提出的“高应力深部煤矿矿井巷道高强锚杆配锚索多层次交替支护技术的应用”设计方案，充分利用高强度锚杆支护，配合7.5 m、4 m锚索加刚性托梁实现多层次加固锚固，有效的控制了顶板离层冒落及两帮收敛变形。

1.3.2 支护参数的确定

1)己16-17-24080机巷原设计支护形式为锚网支护，具体支护形式为：顶板采用φ22 mm×2 600 mm高强让压锚杆，配钢带梁支护，顶板采用φ21.8 mm×7 500 mm及φ21.8 mm×4 000 mm的锚索配36U托梁间隔布置加强支护，顶锚索间排距1 500 mm×750 mm。

2)在原有支护基础上采用两帮锚索托梁支护，两帮采用高强锚杆支护， 4 m加强锚索加固支护，支护形式为：下帮锚杆采用φ22 mm×2 600 mm高强锚杆，配钢带梁支护；上帮锚杆采用φ22 mm×2 600 mm高强锚杆配钢带梁支护，上帮及顶板锚杆间排距750 mm×750 mm，下帮锚杆间排距700 mm×750mm，两帮锚索支护形式为：φ21.8 mm×4 000 mm锚索配36U型钢托梁，锚索间排距1 400 mm×1 600 mm。

2 矿压监测与分析

2.1 矿压观测

每间隔50 m设立1个测站，每站设立不少2组测点，每组测点间距不超过15 m，每组分别在顶、底、两帮中部布设测点，使用毫米钢尺、小线等工具测量，并对巷道围岩变形情况进行观测。

矿压分析： 2018年9月1日开始对080机巷10#测点前46.0 m附近布置了“十字”位移观测点。根据该测点观测数据显示，2018年9月1日—2月28日180 d内，该处巷道上帮收敛130 mm，下帮收敛220 mm，共计收敛350 mm，平均每月上帮收敛21.6 mm，下帮收敛36.6 mm，共计58.3 mm。巷道在同比条件下己16-17-24030机巷两帮收敛量1 200 mm相比，平均减少850 mm左右，分析对比，该巷道在采取多层次交替支护后两帮收敛量减少了将近2/3。巷道围岩得到了有效控制，达到了较好支护效果。

2.2 顶板离层仪情况

在每矿压观测站设立同时及时在顶板中部设立顶板离层仪，对顶板离层变化情况进行监测， 将4组变化数值进行加权平均后整理得下表，结果表明巷道顶板离层37 mm，远远小于同比条件下己16-17-24030机巷顶板离层平均在210 mm，对巷道顶板深部围岩起到了较好控制作用。

矿压分析：己16-17-24081机巷支护形式为锚网，根据该测点观测数据显示，2018年9月1日—2月28日180 d时间，累计叠加顶板下沉量为39 mm。远远小于同比条件下埋深相对较浅的己16-17-24030机巷顶板离层平均值210 mm，同时该测点附近巷道受埋深采动影响矿压显现，底鼓量大。事实证明，移交安装，回采期间，该机巷无挑顶维修巷道。

3 经济技术分析

3.1 技术比较

1)施工工艺简单，易推广，有利于提高工作效率。

2)两帮锚索施工工艺简单，易操作，便于职工掌握。

3)7.5 m、4 m锚索支护，多层次交替支护有效的加强了对复合软岩顶板的支护，提高了支护强度。

4)锚索、钢带、刚性托梁加大接触面，控制围岩变形量，同时形成一个有机体，从而提高整体支护能力。

3.2 经济比较

己16-17-24080机巷采用高应力锚杆索强支护技术与同等条件下己16-17-24030机巷采用锚杆索支护方法相比。同时对比正在回采的己16-17-24081工作面机巷，巷道围岩变形情况及失修情况。巷道围岩两帮变形量减少800～1 200 mm，顶板下沉量明显减少了300～800 mm。极大地控制了顶板下沉和两帮的收敛变形，巷道失修率由原来的60%减少到5%以下，仅此就减少维修费用59.7万元。

4 结语

平煤十一矿根据中科院专家客座课题研究及平煤集团开拓处要求，在己四采区地质条件复杂、矿压变形规律和锚网支护机理的基础上进行分析研究，提出了实施高应力深部煤矿矿井巷道高强锚杆配锚索多层次交替支护技术。该技术充分利用锚杆索支护主动能力，缩小围岩三向应力差值和加固三向围岩完整性，恢复围岩强度的支护优点，减小顶板严重下沉威胁，有效的控制了两帮收敛变形。该技术在围岩应力分散，地质条件复杂的软岩矿区，特别是在深井复合顶板特大断面、大跨度的切眼围岩巷道中，具有较好的应用价值和推广前景，目前已经在平煤集团公司十一矿己四、己二、戊二下山采区和丁六石门主要巷道推广使用。