蔣 敏

（同煤集團(tuán)王村礦，山西 大同 037000）

深部復(fù)雜應(yīng)力條件下厚煤層巷道圍巖變形破壞的特點(diǎn)主要有：巷道頂、底板容易出現(xiàn)破壞，頂、底板破裂區(qū)、塑性區(qū)范圍較大；頂板與兩幫煤體存在層理弱面時(shí)，巷道兩幫塑性區(qū)呈現(xiàn)出上寬下窄的梯形分布形態(tài)，表明肩角部位變形破壞較為嚴(yán)重；頂板與兩幫煤體存在層理弱面時(shí)，滑移變形是兩幫變形的主要形式；兩幫煤體的力學(xué)強(qiáng)度小，容易在大埋深、高構(gòu)造應(yīng)力作用下發(fā)生破壞。因此，深部復(fù)雜應(yīng)力條件下厚煤層巷道圍巖控制的技術(shù)關(guān)鍵包括兩部分：一是控制圍巖破裂區(qū)、塑性區(qū)的發(fā)展，二是控制弱結(jié)構(gòu)面的滑移變形。

同煤集團(tuán)積極引進(jìn)和借鑒國內(nèi)外錨桿支護(hù)技術(shù)研究成果，通過在礦區(qū)的應(yīng)用和改進(jìn)，形成了包括錨桿支護(hù)理論、錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法、錨桿支護(hù)材料、錨桿支護(hù)形式和工藝、錨桿支護(hù)工程監(jiān)測的一套支護(hù)技術(shù)。該技術(shù)具有支護(hù)效果好、支護(hù)成本低、成套性和現(xiàn)場可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)。以王村礦2301 切眼巷道為案例，進(jìn)行深部復(fù)雜應(yīng)力條件下厚煤層巷道圍巖控制的技術(shù)研究。

1 工程概況

王村礦2301 切眼（導(dǎo)硐）布置在第3 層煤中，煤層厚度3.9～9.7m，平均厚度8.45m，煤層硬度f=1～2，煤層走向?yàn)?4°～18°，傾向?yàn)?0°～108°，傾角為2°～10°。巷道煤層頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

表1 2301 切眼煤層頂?shù)装迩闆r表

2 高強(qiáng)支護(hù)參數(shù)確定

針對王村礦2301 切眼（導(dǎo)硐）地質(zhì)的情況，設(shè)計(jì)采用“錨帶網(wǎng)+錨索”的高強(qiáng)支護(hù)方案，根據(jù)工程類比法確定該巷道斷面為矩形斷面。該巷道正常斷面凈寬4.5m、凈高3.5m、凈斷面積15.75m2，通過計(jì)算確定高強(qiáng)支護(hù)參數(shù)。

2.1 按懸吊理論計(jì)算錨桿參數(shù)

2.2 按組合拱理淪計(jì)算錨桿參數(shù)

2.3 按工程類比法確定錨桿支護(hù)參數(shù)

根據(jù)附近已掘煤巷實(shí)際揭露的煤巖層狀況，2301 切眼（導(dǎo)硐）與2301 上、下巷屬一個(gè)煤層，圍巖特性及煤層變化情況相似，2301 上、下巷已掘煤巷支護(hù)效果較好，所以采用工程類比法選取與2301 上下巷煤巷相同的支護(hù)方式能滿足支護(hù)要求。

2.4 高強(qiáng)支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

通過以上懸吊理論計(jì)算和組合拱理論計(jì)算及相似相鄰巷道的工程類比，確定2301 切眼（導(dǎo)硐）巷道的高強(qiáng)支護(hù)參數(shù)如下：

（1）頂板選用左旋無縱筋（KMG500）讓壓錨桿，6 根，規(guī)格：Ф22mm×2500mm，尾部螺紋長度不小于18mm，配4550mm×280mm×3mm 的W鋼帶壓鋼筋網(wǎng)（托頂煤時(shí)先鋪設(shè)一層雙抗網(wǎng)，再鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)）支護(hù)，錨桿間排距為850mm×800mm；兩幫采用全螺紋等強(qiáng)錨桿，5 根， 規(guī)格：22mm×2500mm，配W 鋼帶壓塑鋼網(wǎng)支護(hù)，錨桿間排距750mm×800mm；頂板和兩幫采用高強(qiáng)錨桿蝶形托盤，規(guī)格：150mm×150mm×10mm。頂板錨桿采用1 支MSCK2835 和1 支MSM2350 型樹脂錨固劑錨固；兩幫錨桿采用2 支MSZ2850 型樹脂錨固劑錨固。

（2）錨索選用Ф18.9mm 鋼絞線錨索，因切眼（導(dǎo)硐）以后要刷大，故錨索長度選擇為10.3m，錨索錨入穩(wěn)定的基巖內(nèi)不低于1500mm。錨索布置在巷道兩排鋼帶之間的頂板處，每根錨索采用六卷CK2850 型樹脂錨固劑加長錨固，錨索托盤選用長×寬×厚=300mm×300 mm×16mm 的高強(qiáng)錨索托盤。

3 高強(qiáng)支護(hù)方式的設(shè)計(jì)

2301 切眼上頭刷幫支護(hù)方式如圖1 所示。

圖1 切眼上頭刷幫支護(hù)

3.1 臨時(shí)支護(hù)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)時(shí)使用吊環(huán)式金屬前探梁作為臨時(shí)支護(hù)，設(shè)備規(guī)格：≥3.5m 的Ф89 鋼管配專用方木、金屬錨桿和吊環(huán)固定。臨時(shí)支護(hù)設(shè)計(jì)示意圖如圖2 所示。每根前探梁≥2 個(gè)吊環(huán)，防止其滾動(dòng)，吊環(huán)的錨桿外露絲長度在40～80mm，前探梁最大控頂距離1.5m。當(dāng)巷道坡度大于8°時(shí)，采用防滑鏈固定前探梁防止前探梁下滑。當(dāng)頂板地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)，若吊環(huán)使用不上，可用刮板輸送機(jī)鏈子代替。

圖2 切眼臨時(shí)支護(hù)

3.2 永久支護(hù)設(shè)計(jì)

2301 切 眼（ 導(dǎo) 硐） 采 用 錨 網(wǎng) 帶 加錨索作為永久支護(hù)。 頂板支護(hù)材料均為Ф22mm×2500mm 左旋高強(qiáng)錨桿、W 鋼帶（規(guī)格：4550mm×280mm×3mm）；頂板中間錨桿必須垂直于巷道巖面，北幫肩窩錨桿必須向巷道北幫傾斜，與鉛垂線夾角為20°～30°，使用異型托盤，以保證錨固端距鄰近幫不小于0.5m，南幫肩窩錨桿垂直于頂板。頂板鋪掛Ф6.0mm 鋼筋焊接的經(jīng)緯網(wǎng)。鋼筋網(wǎng)規(guī)格為：長×寬=2500mm × 900mm。兩幫采用5 根Ф22mm×2500mm 全螺紋等強(qiáng)錨桿，配W 鋼帶（長1.8、1.05m，眼距為0.75m）壓雙抗網(wǎng)（規(guī)格3500mm× 800mm）支護(hù)。

3.3 頂板錨索加固參數(shù)

2301 切眼（導(dǎo)硐）采用錨索加強(qiáng)支護(hù)。錨索布置在巷道兩排鋼帶之間的頂板處，錨索長度選擇為10.3m。選用高強(qiáng)度、低松弛（II 級）黏結(jié)式預(yù)應(yīng)力鋼絞線。選用3 支MS22350 型樹脂錨固劑，錨固長度不得低于1.5m，錨索錨入穩(wěn)定的基巖內(nèi)不低于1500mm，錨索間排距為2250mm×1600mm。托盤：規(guī)格為300mm× 300mm×16mm 的正心和偏心托盤，強(qiáng)度要與錨索強(qiáng)度相匹配。錨索外露長度不得超過200mm，預(yù)應(yīng)力錨索單根設(shè)計(jì)錨固力應(yīng)大于150kN。

4 現(xiàn)場觀測結(jié)果分析

2301 切眼（導(dǎo)硐）深部高應(yīng)力巷道高強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)方案應(yīng)用后，進(jìn)行巷道變形數(shù)據(jù)觀測，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得圖3 結(jié)果。

圖3 巷道觀測點(diǎn)圍巖變形量

從圖3 可知變形量的變化趨勢：在0～22d 過程中，隨著觀測時(shí)間的推移，巷道頂?shù)装遄冃魏蛢蓭妥冃屋^快；從第22d 之后，巷道圍巖變形速度變得非常緩慢，在28d 后變形量穩(wěn)定。巷道頂?shù)装濉蓭妥畲笪灰屏糠謩e為140mm、105mm。從監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，該巷道的最大變形量數(shù)值較小，在允許變形范圍內(nèi)，該高強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)有效地控制了巷道圍巖的變形量，高強(qiáng)支護(hù)方案設(shè)計(jì)合理。