明 洋

（晉能集團陽泉公司 上社煤礦，山西 盂縣 045100）

巖體內(nèi)存在的節(jié)理、裂隙等對圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及受力變形破壞等具有重要的影響，節(jié)理裂隙等結(jié)構(gòu)性弱面是巖體的薄弱環(huán)節(jié)所在，在采動影響下易使巖體沿著該結(jié)構(gòu)面滑動或失穩(wěn)，且節(jié)理裂隙面的圍巖可錨性差，采用常規(guī)錨桿支護無法有效控制圍巖的穩(wěn)定性。某礦西翼運輸大巷圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，在使用年限內(nèi)底鼓變形及兩幫移近量均較大，針對上述情況，首先在巷道淺部圍巖施工全長錨固預(yù)應(yīng)力錨桿，控制淺部圍巖裂隙，形成一次承載圈；在巷道兩幫進行錨索梁二次支護，控制深部圍巖變形，與一次承載圈共同作用形成復(fù)合承載圈，進而保證支護體系有足夠的支護深度和支護強度，從而有效控制巷道圍巖變形，保證支護結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性。

1 工程地質(zhì)條件

上社煤礦主采15#煤層，煤層均厚5.47 m，煤層傾角2°～5°，平均埋深600 m，煤體單軸抗壓強度為7.85 MPa。西翼運輸大巷留頂煤沿煤層下部掘進?；卷敒?0.3 m的中粒砂巖，單軸抗壓強度為29.4 MPa，直接頂為2.8 m的炭質(zhì)泥巖，單軸抗壓強度為22.7 MPa，直接底為3.9 m的炭質(zhì)泥巖，局部區(qū)域參雜鋁質(zhì)泥巖，該類巖層強度較低、較為破碎、遇水后容易發(fā)生膨脹崩解，其單軸抗壓強度為18.4 MPa。

西翼運輸大巷采用矩形斷面，斷面寬5400mm、高4200mm，巷道采用錨桿錨索聯(lián)合支護，頂板采用直徑為22mm、長度為2200mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿配合平鋼帶梁支護，錨桿間排距均為800mm，每隔兩排錨桿布置一排直徑為17.8mm、長度為7300的鋼絞線錨索，錨索間排距均為1600mm。西翼運輸大巷起始段位于向斜軸部的地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)，周圍存在多條其他巷道，巷道圍巖應(yīng)力集中現(xiàn)象劇烈，巷道施工完成后變形劇烈，兩幫移近量達到1800mm，底鼓量達到1000mm，斷面收縮嚴重，已無法滿足正常生產(chǎn)的要求。

2 巷道圍巖變形分析

1）巷道圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，且處于地質(zhì)構(gòu)造帶附近，因而容易產(chǎn)生剪切破壞。巷道周邊實測水平應(yīng)力可達到28.8 MPa，而通過煤巖樣巖石力學(xué)試驗可知15#煤層的單軸抗壓強度僅為7.85 MPa，受到巖體內(nèi)部節(jié)理裂隙的影響，其強度會進一步降低。在高水平應(yīng)力和圍巖內(nèi)部節(jié)理裂隙的雙重影響下，破碎的煤巖體向巷道內(nèi)自由空間塑形流動。

2）巷幫支護強度不夠，圍巖變形量大。錨桿支護可對巷道圍巖徑向移動產(chǎn)生約束，在圍巖淺部形成壓應(yīng)力區(qū)域，然而巷道斷面較大，錨桿長度較小，僅為2.2 m，對巷道兩幫的支護阻力相對較小，無法提供足夠的支護阻力以防止圍巖破碎。而圍巖內(nèi)部裂隙逐步由淺部向深部擴展，裂隙間相互貫通形成滑移面，在受到回采動壓影響后，圍巖沿著滑移面發(fā)生滑落失穩(wěn)，從而向兩幫鼓出；由于圍巖松動，導(dǎo)致錨桿失去可靠的著力點，錨固力大大減小，無法繼續(xù)有效控制圍巖的變形破壞，隨著時間的增長，兩幫最終會出現(xiàn)較大的位移量。

3）錨桿錨索支護系統(tǒng)無法發(fā)揮其主動支護的作用。巷道圍巖破碎、剪切變形嚴重。原錨桿支護系統(tǒng)中，錨桿預(yù)緊扭矩為150 N·m，預(yù)緊力值相對較小，支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的支護應(yīng)力場同樣較小。配合錨桿支護所使用的平鋼帶厚度僅為3mm，圍巖變形導(dǎo)致其折損嚴重，且未進行相應(yīng)的補強支護。由于鋼帶變形導(dǎo)致錨桿尾端的托錨力集中在一個相對較小的區(qū)域，無法將錨桿力均勻分散在周邊巖體中，進而造成錨桿間巖體破碎、鼓出，導(dǎo)致錨桿支護阻力降低，無法充分發(fā)揮錨桿的錨固作用，最終使巷道支護體系失去其作用。

4）巷道底板未采取任何支護，底鼓變形嚴重。巷道直接底含有鋁質(zhì)泥巖。該巖層具有強度較低、較為破碎、遇水后容易發(fā)生膨脹崩解的性質(zhì)，尤其在高應(yīng)力作用下，會在巖層底板內(nèi)發(fā)生流動性底鼓。隨著底鼓范圍及巷道底鼓量的不斷增加，導(dǎo)致底板破壞深度逐漸增大，底板巖層的整體穩(wěn)定性變差；同時會使巷幫承載結(jié)構(gòu)失去可靠的著力點，兩幫承載結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性降低，在徑向應(yīng)力的作用下，兩幫圍巖會向巷內(nèi)移動，產(chǎn)生大變形。

3 西翼運輸大巷圍巖穩(wěn)定性控制

3.1 圍巖穩(wěn)定性控制策略

通過上述分析，對應(yīng)力較高、圍巖破碎的該巷道實施有效支護，需采取兩方面的措施，一是加強對對巷道兩幫的支護，二是采取有效措施控制巷道頂?shù)装遄冃?。決定采用高強度錨網(wǎng)噴支護+幫部二次錨網(wǎng)梁索的綜合支護技術(shù)。

（1）首先施工高預(yù)應(yīng)力全長錨固錨桿對破碎圍巖形成一次有效支護體系。該錨桿安裝時，先進行端部錨固后并施加高預(yù)應(yīng)力，上述步驟完成后，將錨桿剩余自由端采用水泥漿繼續(xù)進行全長錨固，注入的水泥漿液，一方面能夠與錨桿體結(jié)合對圍巖變形實施有效控制，另一方面漿液滲入破碎圍巖，能夠?qū)鷰r內(nèi)部節(jié)理裂隙充填，增大圍巖的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角，進一步促進錨桿預(yù)應(yīng)力的實施效果。

（2）該巷道圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，圍巖在受到采動影響后，易發(fā)生峰后蠕變現(xiàn)象，一次支護后無法長期保持巷道圍巖的穩(wěn)定性，若要保證巷道圍巖的長期穩(wěn)定，需將深部圍巖與淺部圍巖有機結(jié)合起來，即在一次支護形成的圍巖承載圈后，對巷道兩幫進行錨索梁的二次支護，從而形成復(fù)合承載圈，以實現(xiàn)二者的同步協(xié)調(diào)變形。

（3）可通過在巷道兩幫底角處施工底角錨桿及錨索，以控制巷道底鼓變形。

3.2 支護技術(shù)方案

根據(jù)巷道變形特征機理及圍巖控制策略，最終決定采取以下支護方案。

（1）頂板加固措施，對頂板的支護主要通過補強錨索，在原支護方案中每兩排錨索間補打一排錨索，錨索采用直徑為17.8mm、長度為8000mm的鋼絞線錨索，錨索間排距均為1600mm，選用長5000mm、寬180mm、厚5mm的“W”鋼帶配合錨索使用，最終頂板加固方案見圖1。

（2）幫部加固措施，巷道頂板加固后對巷幫進行加固，巷幫采用直徑為22mm、長度為2600mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距均為800mm，選用長3400mm、寬100mm、厚5mm的平鋼帶配合錨桿使用，靠近巷道底板最下一排錨桿與豎直方向呈15°向下施工，施工位置距離巷道底板高度不超過200mm，施工完成后對錨桿施加預(yù)緊力不小于60 kN。最后在巷道肩窩沿走向方向布置一排直徑為17.8mm、長度為5500mm的鋼絞線錨索。錨桿及錨索施工完成后對巷道全斷面噴射混凝土，混凝土噴層厚度為100mm。

（3）幫部二次加固措施，二次加固施工與一次加固施工錯開半個排距，二次加固施工采用兩種不同斷面A、B，所選用的錨桿、錨索及鋼帶規(guī)格尺寸與一次加固中相同，間距均為800mm、排距均為1600mm，距離巷幫底角200mm補打點錨索，點錨索選用直徑17.8mm、長度為5500mm的鋼絞線，排距為1600mm，巷幫加固方案見圖2。

圖1 頂板加固方案俯視圖

圖2 巷幫支護方案側(cè)視圖

4 礦壓觀測

為了檢驗二次支護后巷道支護效果，在巷道內(nèi)設(shè)置礦壓觀測站，對巷道圍巖變形進行100 d左右的持續(xù)觀測，繪制了圖3中圍巖變形曲線，由圖3可知，巷道在補強支護后，100 d內(nèi)頂?shù)装謇塾嬕平繛?10mm、兩幫累計移近量為80mm，總體來說，巷道圍巖變形量較小，巷道支護效果良好。

圖3 巷道圍巖邊形曲線

5 結(jié)語

現(xiàn)場試驗結(jié)果表明，通過采用高預(yù)應(yīng)力全長錨固錨桿支護體系可密閉圍巖裂隙并提高巷幫強度，形成一次承載圈；對巷道兩幫進行錨索梁的二次支護，從而形成復(fù)合承載圈；實現(xiàn)深淺部圍巖的同步協(xié)調(diào)變形，確保支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性。從現(xiàn)場圍巖變形觀測來看，頂?shù)装逡平考皟蓭鸵平慷驾^小，巷道支護良好。

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