软弱顶板大断面切巷锚网索联合支护技术及应用

暴广昌

（晋能控股煤业集团长治三元中能煤业有限公司，山西 长治 046600）

大断面切巷顶板岩层的跨度大，顶板岩层控制相对困难，尤其当顶板岩层遇到泥岩、砂质泥岩等软弱顶板岩层时，由于该类岩层自身强度低、承载能力弱、自稳性能差且易发生碎胀变形，大断面切巷围岩控制难度进一步加大[1-5]。下霍煤矿1306切巷断面大，顶板存在软弱煤层和砂质泥岩、泥岩（直接顶岩层），因此，开展软弱顶板岩层大断面切巷锚网索联合支护技术研究与应用，具有重要的现实意义。

1 工程概况

1306工作面为井田内一采区工作面，开采3#煤层，开采煤层平均厚度5.3 m，平均倾角6°，属近水平煤层。开采区域煤层结构稳定，节理、裂隙发育。工作面北侧为1305工作面采空区，其余三侧均为实煤体。3#煤层直接顶岩层为0.86～7.35 m的砂质泥岩、泥岩，直接顶岩层大部呈灰～灰黑色，中厚～厚层状，泥岩自然抗压强度5.8 MPa，砂质泥岩自然抗压强度4.8～26.5 MPa，均为软弱岩层；基本顶为厚2.55～16.50 m的细粒砂岩，自然抗压强度33.6～57.0 MPa，为半坚硬岩～坚硬岩层；3#煤层直接底板为厚0.30～6.31 m的砂质泥岩、泥岩，自然抗压强度10.7～21.6 MPa，为软弱岩层；3#煤层基本底为1.05～4.83 m厚的细粒砂岩，自然抗压强度为20.3 MPa，为半坚硬～坚硬岩层。1306切巷沿煤层底板布置，切巷掘进矩形断面，掘进高度3.2 m，掘进宽度7.80 m，切巷顶板为0.86～7.35 m软弱顶板岩层，支护难度较大。

2 大断面切巷锚网索联合支护技术

1306切巷顶板软弱岩层自身强度低、承载能力弱、自稳性能差、易发生碎胀变形，加之断面跨度较大，围岩控制难度很大。为保证1306切巷服务期内的稳定，根据切巷实际采掘生产地质条件，开发了软弱顶板岩层大断面切巷锚网索联合支护技术，促使支护围岩形成共同承载体，从而实现大断面切巷的稳定控制。具体支护参数如下：

（1）切巷顶、帮锚杆均采用直径22 mm、长度2400 mm的高强锚杆，间排距设计为0.8 m×1.0 m，每根锚杆配套规格150 mm×150 mm×12 mm的高强度拱形托盘，每根锚杆打设1支型号CK2340、1支型号Z2360的树脂锚固剂，锚杆的预紧扭矩不低于360 N·m。高强度、高预紧力的锚杆支护强化顶板浅部煤岩层，提高软弱顶板岩层的自身承载能力，并促使锚杆形成的锚固支护体与围岩形成共同承载体，如图1。

图1 切巷支护断面示意图（mm）

（2）顶板锚索采用直径18.9mm、长度11 000 mm的1×7股预应力钢绞线，间排距设计为1.6 m×2.0 m，每排5根。非开采帮锚索采用直径18.9 mm、长度5300 mm的1×7股预应力钢绞线，间排距设计为1.6 m×2.0 m，每排2根。每根锚索均配规格300 mm×300 mm×14 mm的高强拱形托盘。顶板锚索打设2支型号CK2340和3支型号Z2360树脂锚固剂，非开采帮锚索打设1支型号CK2340和2支型号Z2360树脂锚固剂，锚索的张拉预紧力不低于35 MPa。长度11 000 mm顶板锚索可将锚杆形成的锚固支护体结构锚固至坚硬基本顶岩层，充分发挥基本顶岩层的承载性能，从而实现大断面切巷的稳定控制。

（3）顶、帮锚杆均采用钢筋梯子梁连接，梯子梁由直径14 mm圆钢焊接而成。

（4）顶板每2根或3根锚索采用M钢带连接，非开采帮锚索采用M钢带连接，M钢带规格为厚4 mm、宽280 mm。

（5）顶、帮均铺设菱形金属网，10#铁丝编制，顶网规格为4.4 m×1.2 m、3.0 m×1.2 m，帮网规格为2.8 m×1.2 m。

3 切巷围岩控制效果分析

1306切巷支护后，进行巷道变形监测，图2为切巷变形曲线图，图3为切巷变形速度曲线图。由图2、图3可知，切巷围岩呈现分阶段变形特征，第一阶段为围岩失稳快速变形阶段，第二阶段为围岩失稳调整缓慢变形阶段，第三阶段为围岩稳定阶段。其中，第一阶段围岩失稳快速变形阶段发生在巷道掘出1.5月内（45 d），该阶段切巷开挖，围岩短时间失稳及应力调整，切巷变形速度较快，其顶板变形达78 mm，平均、最大变形速度分别为1.76 mm/d、3.38 mm/d，其帮部变形达100 mm（开采帮约75 mm），平均、最大变形速度分别为2.48 mm/d、5.19 mm/d，帮部变形主要发生在开采帮一侧；第二阶段围岩失稳调整缓慢变形阶段发生在巷道掘出1.5～3月内（45～90 d），该阶段受支护结构影响明显，围岩应力逐渐调整至稳定，切巷围岩变形速度减缓，阶段内顶板变形45 mm，平均、最大变形速度分别为1.21 mm/d、1.81 mm/d，其帮部变形56 mm（开采帮约39 mm），平均、最大变形速度分别为1.39 mm/d、1.68 mm/d，围岩变形速度减缓35%～45%；第三阶段围岩稳定阶段在巷道掘出3个月（90 d）后，切巷围岩应力已调整稳定，支护结构已初步形成共同承载结构，切巷围岩变形速度降低至0.3 mm/d以下，围岩趋于稳定，顶、帮变形量分别为135 mm、169 mm，开采帮变形明显大于非开采帮。现场调研切巷未发现大变形现象，表明了大断面切巷锚网索联合支护技术的合理性。

图2 切巷变形曲线图

图3 切巷变形速度曲线图

4 结论

本文提出了软弱顶板岩层大断面切巷锚网索联合支护技术，技术以强化顶板软弱煤岩层、利用基本顶坚硬岩层为核心，利用高强度、高预紧力锚网索支护，在1306切巷进行了应用，切巷掘出3个月后，切巷围岩变形速度降低至0.3 mm/d以下，围岩趋于稳定，顶、帮变形量为135 mm、169 mm。综上，大断面切巷锚网索联合支护技术实现了1306切巷的稳定控制。