沿空巷道锚索补强加固支护技术分析

马利伟 闫 明 吕 磊

（河南大有能源股份有限公司新安煤矿，河南 新安 471800）

河南新安煤矿二1 煤层及围岩较为松软破碎，巷道围岩变形较大，易出现顶板下沉、片帮、巷道断面缩小等现象，沿空巷道留设更加困难[1-3]。结合新安矿的开采情况，对试验工作面采取“预应力让压锚杆+双钢筋托梁+金属经纬网+锚索补强支护”的支护方案，能有效解决巷道变形大、支护困难、维护时间长等技术难题，为其他类似条件矿井提供参考和借鉴意义[4-7]。

1 工程背景

新安矿区试验工作面对应地面标高平均为+307 m，工作面标高平均为+45 m。新安矿开采煤层主要为山西组二1 煤层，平均煤层厚度为3.4 m，巷道断面为5.1 m×3.5 m。试验工作面钻孔柱状图如图1。

图1 试验工作面钻孔柱状图

2 巷道支护方案

2.1 顶板支护方案

新安矿采取了锚杆、双钢筋托梁、锚网和锚索的联合支护方式对巷道顶板进行支护。锚杆选用预应力让压锚杆，间排距900 mm×1000 mm。两侧帮部的锚杆与侧帮垂直方向呈20°打设，其余锚杆均垂直于顶板打设。锚杆之间使用Φ16 mm×4800 mm×900 mm×120 mm 的6 眼双钢筋托梁连接；锚索采用小五花布置，锚索选用Φ22 mm×7300 mm高强度低松弛预应力钢绞线，且全部垂直顶板打设。

2.2 侧帮支护方案

为了有效减小巷道两帮围岩变形，对侧帮采取锚杆、双钢筋托梁及锚网联合支护方式。两帮每排布置4 根锚杆，锚杆选用让压锚杆，间排距为950 mm×1000 mm，巷道两侧靠近顶底板的锚杆与巷道两帮垂直方向10°打设，其余锚杆均垂直巷帮打设。

2.3 顶板锚索补强支护方案

为有效控制巷道顶板下沉，采取了沿空巷道顶板锚索补强支护方案。即通过在原支护方案上再补打3 根锚索，分别位于巷道顶板中部和距两侧帮550 mm 处，实现巷道的支护补强效果。补强锚索采用Φ22 mm×6300 mm 的高强度低松弛预应力钢绞线，均垂直巷道顶板布设，补强锚索的排距仍为1000 mm，一排3 根与一排5 根锚索的间距分别为1400 mm、1000 mm。锚索布置示意图如图2。

图2 巷道锚索补强支护示意图

3 巷道围岩变形监测方案

3.1 测点布置

为研究巷道围岩变形情况，在巷道内布置7 个测点，其中将一个测点布设于试验区域前方，一个测点布设于试验区域后方，其余测点均位于试验区域内，通过测点监测巷道变形情况。具体布置方案：于下顺槽距工作面开切眼150 m 处布置初始测点，即测点1，各测点间距为25 m 布置测点2 ～测点7。测点布置示意图如图3。自工作面开切眼起，下顺槽各测点每天监测一次，直至工作面推进至试验巷道外侧为止。

图3 矿压监测测点布置

3.2 监测内容

（1）巷道表面位移监测

通过“十字测量法”对巷道表面位移进行监测，通过在巷道顶底板及两帮布设若干测点，用皮尺进行测量并记录，通过测量变形后两帮或顶底板之间距离，与原巷道尺寸比较计算便可得巷道两帮及顶底板移近量。与上一次测量进行对比计算，可以得到两次测量时间之间巷道两帮及顶底板移近量，进而计算出两帮或顶底板移近速度。

（2）巷道顶板离层监测

在巷道内每个测点位置各布设1 条巷道顶板离层监测线，于顶板中部锚索的一侧，沿测线方向布置3 个监测点，间距2 m，并在每个测点处安装1个顶板离层监测仪，设2 个基点，深度分别为2.3 m和5.1 m。选用DZY-8m 型顶板离层指示仪来监测巷道内的顶板岩层位移。基点A、B 两点所测变形量分别表示不同层位支护范围内岩层的离层值，A、B 两点所测变形量的差值即为A、B 之间产生的离层值。

（3）锚索工作阻力监测

在巷道内每个测点位置布设2 个锚索工作阻力监测点，其间距为2 m。采用YAD-200 型锚索载荷监测仪，可对锚索工作阻力进行连续记录，存储在其中的数据可采用FCH8/1.5 型采集器进行采集，实现对锚索工作阻力的监测效果。

4 监测数据分析

（1）巷道表面位移

根据上述所布测点内监测仪器的数据，分析可得回采期间巷道顶底板移近量及两帮移近量，如图4。

图4 巷道表面位移

（2）巷道顶板围岩离层

根据上述所布测点内顶板离层指示仪的数据，分析得回采期间巷道顶板离层情况，如图5。

图5 巷道顶板离层

（3）巷道顶板锚索受力

根据上述所布测点内锚杆（索）测力仪所测数据，分析得到工作面回采期间各测点锚索受力变化曲线，如图6。

图6 锚索受力曲线

结果分析：

① 加固试验区平均两帮移近量382.3 mm，相较于加固试验区外平均两帮移近量471.9 mm，减小了19.0%；加固试验区平均顶底板近量363.9 mm，相较于加固试验区外顶底板移近量565.4 mm，减小了35.6%。

② 加固试验区锚杆支护范围内的平均离层值为105.2 mm，较加固试验区外的平均离层值117.1 mm，减小了10.2%；加固试验区锚索支护范围内平均离层值149.5 mm，相较加固试验区外锚索支护范围内平均离层值160.3 mm，减小了9.3%。

③ 加固试验区锚索平均受力峰值为286.9 kN，相较加固试验区外平均锚索受力峰值309.8 kN，减小了7.4%。

5 结论

通过锚索补强加固支护，实现了巷道原支护的加强，有效减小巷道围岩变形、顶板离层值及锚索平均受力峰值，支护效果明显，实现了巷道变形的有效控制。