白樹杰

（山西新元煤炭有限責(zé)任公司，山西 晉中 030600）

1 工程概況

新元煤礦9104 工作面平均埋深為500m，工作面走向長1217.4m，傾斜長230.8m，所采9#煤層平均厚度3.8m，傾角1°～5°，平均2°，煤層中含2～3層泥質(zhì)夾矸，厚度一般為0.20～1.00m 左右。9104工作面采用雙巷布置，其中9104 運(yùn)輸巷沿9#煤層頂板掘進(jìn)，凈寬5.0m，凈高3.8m，掘進(jìn)總長度為1322m，采用鋼筋鋼帶+金屬網(wǎng)+錨桿+錨索聯(lián)合支護(hù)。頂板每排打5 根錨桿，間排距為1m×1m，錨索采用三花布置，即第一排在巷中線兩側(cè)1.8m 處分別布置一根，第二排在巷中布置1 根，錨索排距均為1m。巷幫每排打4 根錨桿，間距為900mm，排距為1000mm。在支護(hù)過程中所使用的錨桿型號(hào)均為Ф20×2400mm 的左旋螺紋鋼錨桿，錨索型號(hào)均為Ф17.5×6400mm 的預(yù)應(yīng)力鋼絞線。巷道斷面支護(hù)如圖1 所示。

圖1 巷道斷面支護(hù)圖

2 巷道圍巖原位實(shí)測(cè)

2.1 巷道頂?shù)装鍑鷰r賦存情況及強(qiáng)度測(cè)試

在9104 運(yùn)輸巷頂?shù)装暹x取合適的位置進(jìn)行打鉆取芯，將所取巖芯進(jìn)行加工后對(duì)其密封并帶回實(shí)驗(yàn)室，通過NSY-500 型液壓機(jī)對(duì)各巖層試塊的圍巖物理力學(xué)參數(shù)展開測(cè)試，如表1 所示。

表1 巷道頂?shù)装鍑鷰r賦存狀況及力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

從表中看出9104 運(yùn)輸巷頂板為復(fù)合頂板。直接頂為砂質(zhì)泥巖，該巖層層厚僅有1.9m，且其強(qiáng)度與同類巖層強(qiáng)度相比較低，裂隙較為發(fā)育。該巖層之上為0.8m 的軟弱夾層，該夾層為泥巖。軟弱夾層之上則分別覆蓋一層約2.8m 的細(xì)粒砂巖和1.3m的砂質(zhì)泥巖，這兩層圍巖的強(qiáng)度均低于同類巖層。砂質(zhì)泥巖之上則為8.6m 的粉砂巖，經(jīng)測(cè)試該巖層強(qiáng)度較高，圍巖完整性較好。

2.2 巷道圍巖可錨性測(cè)試分析

錨固力是決定錨桿支護(hù)成功與否的關(guān)鍵因素，錨固力大小的判定不能單純地依賴于理論計(jì)算，而需要在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，目前最常用的方法為拉拔力試驗(yàn)。為了確定該巷道錨桿（索）在復(fù)合頂板條件下的可錨性，在9104 運(yùn)輸巷掘進(jìn)斷面的頂板對(duì)錨固力展開測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2、表3 所示。

表2 巷道錨桿可錨性測(cè)試結(jié)果

表3 巷道錨索可錨性測(cè)試結(jié)果

根據(jù)擠壓加固拱理論，錨桿錨固力應(yīng)不小于7t，錨索錨固力應(yīng)不小于15t。9104 運(yùn)輸巷的圍巖可錨性測(cè)試結(jié)果顯示，該巷道錨桿錨固力在8t 以上，錨索錨固力在20t 以上。由此可知該巷道圍巖可錨性較好，可選擇錨桿（索）對(duì)其進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。

2.3 錨桿（索）預(yù)緊力現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

錨桿（索）預(yù)緊力的施加是否合理對(duì)于巷道圍巖穩(wěn)定性具有重要影響。若預(yù)緊力過小，各巖層之間則較為松散，不能形成有效的承載結(jié)構(gòu)；若預(yù)緊力施加過大，則易使圍巖發(fā)生擠壓破碎，頂板控制難度反而加大。為了掌握該巷道錨桿（索）預(yù)緊力的施加情況，對(duì)80 根錨桿、60 根錨索的預(yù)緊力施加情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。錨桿預(yù)緊力監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2 所示。

圖2 錨桿預(yù)緊力分布柱狀圖

圖2 為錨桿預(yù)緊力分布柱狀圖。從圖中可以看出錨桿預(yù)緊力主要分布在45～50kN 之間，分布在該范圍內(nèi)的錨桿達(dá)到了47 根，占到了總錨桿數(shù)的58.8%；預(yù)緊力分布于50～55kN 之間的錨桿根數(shù)為16 根，僅次于預(yù)緊力分布在45～50kN 之間的錨桿根數(shù)；預(yù)緊力超過60kN 的錨桿根數(shù)最少，僅有8 根，僅占錨桿總根數(shù)的10%。

從圖3 中可以看出錨索預(yù)緊力主要分布在150～160kN 之間，處于該范圍內(nèi)的錨索達(dá)到了43根，占到了錨索總根數(shù)的71.7%；預(yù)緊力分布于160～170kN 之間的錨索為10 根；預(yù)緊力達(dá)到170kN以上的錨索僅有7 根，僅占錨索總根數(shù)的11.7%。

圖3 錨索預(yù)緊力分布柱狀圖

根據(jù)錨桿（索）預(yù)緊力的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果來看，錨桿（索）所施加的預(yù)緊力變化幅度較大。其中錨桿預(yù)緊力主要集中在45～50kN 之間，錨索預(yù)緊力主要集中于150～160kN 之間，錨桿（索）預(yù)緊力普遍偏低。

3 9104 運(yùn)輸巷變形破壞原因

（1）9104 運(yùn)輸巷頂板為復(fù)合頂板，上覆巖層數(shù)量較多，除粉砂巖外，每一層巖層的厚度均比較薄，層間連接性較差。在距頂板2.7m 處有一層軟弱夾層，正好處于錨桿錨固段上方，導(dǎo)致錨桿的錨固基礎(chǔ)較差，對(duì)頂板難以形成強(qiáng)有力的支護(hù)。

（2）巷道頂板的泥巖、砂質(zhì)泥巖以及細(xì)粒砂巖與同類巖層相比，其強(qiáng)度要低許多，且?guī)r層內(nèi)部裂隙較為發(fā)育。距頂板表面6.8m 深處范圍內(nèi)的圍巖其強(qiáng)度整體偏低，6.8m 以上的圍巖強(qiáng)度相對(duì)較高，圍巖完整性較好，而該巷道采用的錨索長度僅有6.4m，錨索的錨固基礎(chǔ)同樣較差。

（3）9104 運(yùn)輸巷頂板具有較強(qiáng)的可錨性，且從錨桿（索）預(yù)緊力的監(jiān)測(cè)結(jié)果來看，該巷道錨桿（索）預(yù)緊力的施加普遍偏低且缺乏規(guī)范化管理，不能對(duì)頂板形成及時(shí)有效的支護(hù)。

4 支護(hù)方案優(yōu)化

（1）將錨桿間排距調(diào)整為900mm×900mm，錨索改為三二支護(hù)。即第一排在巷中布置一根錨索，距巷中線左右2m 處各布置一根，第二排在距巷中線左右1m 處各布置一根錨索，以此循環(huán)，錨索排距調(diào)整為900mm，巷幫錨桿間排距不變。

（2）在對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)的過程中，將頂板和幫部的錨桿長度統(tǒng)一加長至3m，所施加的預(yù)緊力統(tǒng)一增加至80kN，頂板錨索長度則統(tǒng)一加長至7m，所施加的預(yù)緊力統(tǒng)一增加至170kN。對(duì)預(yù)緊力施加的過程中應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)范化管理。優(yōu)化后錨桿（索）的布置方式如圖4 所示。

圖4 支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)圖

5 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

對(duì)原支護(hù)的巷道圍巖變形進(jìn)行30d 監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)期內(nèi)巷道頂?shù)装迨諗苛窟_(dá)到了226mm，兩幫移近量達(dá)到了327mm。采用優(yōu)化方案支護(hù)后，30d 監(jiān)測(cè)期間，頂?shù)装迨諗苛肯陆?6mm，兩幫移近量下降55mm，與原支護(hù)方案相比分別減少了84.1%和83.2%，巷道圍巖穩(wěn)定性得到了較好的控制。

6 結(jié)論

（1）9104 運(yùn)輸巷頂板為復(fù)合頂板且含有軟弱夾層，距頂板6.8m 范圍內(nèi)圍巖強(qiáng)度較低，再加之錨桿（索）支護(hù)強(qiáng)度較低，錨固基礎(chǔ)較差，在這些因素的共同作用下，巷道變形破壞嚴(yán)重。

（2）針對(duì)巷道變形破壞的原因，提出加長錨桿（索）長度+增加預(yù)緊力+減少錨桿（索）間排距的聯(lián)合控制措施對(duì)該巷道進(jìn)行治理?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在優(yōu)化方案的支護(hù)下巷道圍巖穩(wěn)定性得到了有效的控制。