郭海軍

（潞安集團(tuán)慈林山煤業(yè)夏店煤礦，山西 長治 046000）

隨著夏店煤礦開采向深部延伸，深部大斷面硐室圍巖大多呈現(xiàn)高應(yīng)力軟巖特性，普通錨網(wǎng)索支護(hù)不足以控制大斷面軟巖巷道強(qiáng)烈變形。從現(xiàn)有的大斷面硐室支護(hù)狀況來看，支護(hù)體系只是單純增大支護(hù)強(qiáng)度，造成支護(hù)承載結(jié)構(gòu)承載能力尚未完全發(fā)揮作用，導(dǎo)致硐室變形失穩(wěn)。

1 工程概況

將主斜井一部皮帶機(jī)頭與二部皮帶機(jī)尾對接處改造為大斷面皮帶機(jī)頭硐室，在小斷面的基礎(chǔ)上分段刷大，巷道原斷面4.8×3.5m，改造后設(shè)計(jì)斷面為11×8.2m。施工層位為二1煤上部細(xì)砂巖及砂質(zhì)泥巖。施工采用爆破方式作業(yè)分段施工，分次成型分次噴漿工藝邊掘邊噴。大斷面皮帶機(jī)頭硐室平面圖如圖1所示。根據(jù)主斜井附近10809鉆孔資料可知：巷道在擴(kuò)修期間揭露的巖層主要為細(xì)砂巖和砂質(zhì)泥巖，其中細(xì)砂巖：淺灰色，成分主要為石英，次為長石，間夾泥質(zhì)團(tuán)塊，質(zhì)地堅(jiān)硬；砂質(zhì)泥巖：淺灰色，產(chǎn)植物狀，具光滑面，易風(fēng)化、破碎。目前皮帶機(jī)頭硐室已完成一次支護(hù)，支護(hù)方式為錨網(wǎng)噴支護(hù)，錨桿采用Φ20×2000mm高強(qiáng)螺紋鋼樹脂錨桿，錨桿間排距800×800mm。全斷面鋪設(shè)金屬網(wǎng)，規(guī)格Φ6.5mm×2m×1m，網(wǎng)格60×60mm，搭接100mm，噴漿厚度200mm，強(qiáng)度等級C15。由于現(xiàn)有錨網(wǎng)支護(hù)承載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差及底板未采取支護(hù)措施，不足以控制大斷面硐室的圍巖變形，所以，必須采用高強(qiáng)錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)有效控制大斷面軟巖硐室圍巖變形。

圖1 主斜井改造中部皮帶機(jī)頭硐室平面圖

2 大斷面硐室二次高強(qiáng)錨網(wǎng)支護(hù)數(shù)值模擬

結(jié)合主斜井現(xiàn)有采礦地質(zhì)條件，針對大斷面皮帶機(jī)頭硐室的變形破壞特征，分別對大斷面硐室?guī)晚斀Y(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固效果與底板控制技術(shù)進(jìn)行模擬分析。建立計(jì)算模型時，錨桿索均用cable單元，初步考慮一次錨網(wǎng)錨桿參數(shù)為Φ20×2000mm高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，間距800mm布置，二次錨網(wǎng)錨桿參數(shù)為Φ20×3000mm高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，預(yù)緊力為60kN；錨索參數(shù)為Φ17.8×8000mm，1×7結(jié)構(gòu)鋼絞線，間距1600mm布置（錨桿間隔布置），并在幫部錨索加強(qiáng)布置，預(yù)緊力為100kN。在數(shù)值模擬過程中，在距圍巖表面0m、1m、2m、3m、4m、5m、6m和7m處設(shè)置相應(yīng)的觀測線，底板布置了5條觀測線，幫頂布置了7條觀測線，以更清楚的分析二次高強(qiáng)錨網(wǎng)支護(hù)過程中的圍巖變形情況。對數(shù)值計(jì)算模型運(yùn)算后提取位移數(shù)據(jù)生成曲線如圖2所示。

圖2a是一次錨網(wǎng)支護(hù)時不同深度圍巖位移量變化曲線。從圖中可以看出：一次錨網(wǎng)支護(hù)時，圍巖大變形區(qū)域主要分布在巷道的兩幫，幫中位置最為明顯，最大變形量分別達(dá)到340mm；圍巖變形主要位于距離圍巖表面4.0m范圍內(nèi)，隨著深度的增加，圍巖位移量逐漸減小，而4.0～7.0m范圍圍巖位移量變化幅度不大；淺部圍巖（3.0m范圍）中，從幫腳到頂中的圍巖位移量是先增大后減小，頂板中間位置表面圍巖最大位移量約180mm。

圖2b是對大斷面高應(yīng)力軟巖巷道圍巖采取二次錨網(wǎng)幫頂加固后不同深度圍巖位移量變化曲線。從圖中可以看出：此時圍巖整體變形已大幅下降，巷道兩幫的大變形區(qū)域基本得到控制，幫中位置圍巖位移下降最為明顯，表面圍巖變形控制在100mm左右，下降幅度達(dá)到70%，說明經(jīng)過幫頂加固的二次錨網(wǎng)支護(hù)使巷道兩幫與頂板的圍巖變形得到有效控制。

隨著深度的增加，圍巖位移量變化并無大的改變，主要還是距離圍巖表面4.0m范圍內(nèi)圍巖變形，但與普通錨網(wǎng)支護(hù)相比，不同深度圍巖變形幅度均減小，采取二次錨網(wǎng)協(xié)同支護(hù)后，幫部和頂部4.0～7.0m范圍內(nèi)的深部圍巖位移量仍然基本相同。

3 皮帶機(jī)頭硐室高強(qiáng)穩(wěn)定型支護(hù)技術(shù)方案

（1）在一次錨網(wǎng)支護(hù)兩排錨桿間實(shí)施二次高強(qiáng)錨網(wǎng)索支護(hù)，二次支護(hù)在頂板每2排錨桿間補(bǔ)強(qiáng)3根Φ21.6×L6300mm的錨索，托盤為：300×300×16mm的托盤；每排錨桿在幫角處距底板300mm處補(bǔ)打一根錨桿，俯角15°，采用Φ20×2400mm的錨桿，托盤規(guī)格為120×120×10mm，并配合使用14mm的鋼筋梯子梁；在煤柱側(cè)巷幫每2排錨桿補(bǔ)打一排錨索，每排2根，第一根距頂板800mm，仰角10°，第二根距頂板2200mm，錨索采用Φ21.6×L4200mm的錨索，托盤為300×300×16mm的托盤并配合14mm的鋼筋梯子梁，梯子梁示意圖如下圖3所示。

圖2 不同支護(hù)方式下不同深度圍巖位移量

圖3 鋼筋梯子梁

（2）采用高強(qiáng)度鋼筋網(wǎng)護(hù)表，防止片頂、片幫形成網(wǎng)兜或錨空。頂、幫均采用6.5mm鋼筋網(wǎng)護(hù)表；網(wǎng)片長度為1830mm，寬度為990mm，網(wǎng)孔規(guī)格均為60×60mm。

4 支護(hù)效果

在主斜井皮帶機(jī)頭硐室設(shè)置一個巷道表面位移監(jiān)測測點(diǎn)，圖4為支護(hù)工程施工完成半年后硐室表面位移觀測結(jié)果。由圖4觀測結(jié)果可知：硐室?guī)筒孔冃瘟吭?8mm左右，平均變形速率為0.51mm/d，頂?shù)鬃冃瘟吭?35mm左右，平均變形速率為0.71mm/d。采取二次加固措施后，巷道圍巖變形速度在兩個月后趨于穩(wěn)定，巷道兩幫總變形量在90mm左右，變形平均速率在0.47mm/d，頂?shù)装逑鄬ξ灰屏烤?30mm左右，變形平均速率為0.68mm/d。采用新型支護(hù)技術(shù)后，巷道的兩幫位移速度在60d左右圍巖變形基本處于穩(wěn)定，圍巖總變形量不大，滿足使用要求，表明：大斷面高應(yīng)力軟巖硐室的圍巖變形得到有效的控制。

圖4 巷道表面位移觀測結(jié)果