王沁飛

（山西沁和能源集團(tuán)南凹寺煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

南凹寺煤業(yè)井下巷道以往采用普通錨網(wǎng)索支護(hù)，由于受到采空區(qū)側(cè)向壓力以及工作面超前支承壓力的影響，變形量超過(guò)了巷道斷面的20%，對(duì)回采安全形成嚴(yán)重影響[1-3]。以8512 工作面為工程基礎(chǔ)，研究高預(yù)應(yīng)力的錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)以控制回采巷道圍巖變形的效果，對(duì)保證工作面安全生產(chǎn)具有重要意義。

1 工作面概況

南凹寺煤業(yè) 8512 工作面為孤島工作面，工作面的東部和西部分別為8510 工作面和8514 工作面的采空區(qū)，工作面北部與小煤窯遺留采空區(qū)之間留有20 m 保護(hù)煤柱。工作面主采3#煤層，煤層平均傾角為6.5°，平均煤厚為6 m。8512 工作面受到向斜構(gòu)造的影響，工作面內(nèi)存在落差在1.5 m 以上的斷層共計(jì)11 個(gè)，工作面局部存在薄煤帶。工作面走向長(zhǎng)度為1450 m，傾向長(zhǎng)度為230 m，直接頂巖性為泥巖-砂質(zhì)泥巖-細(xì)砂巖，均厚11 m，基本頂為中粒粗砂巖，平均厚度14.5 m，直接底為泥巖，平均厚度為2.1 m。工作面周邊的水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，在工作面采掘過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)局部淋水。8512 工作面上下順槽的寬度和高度均為5000 mm 和3000 mm，由于巷道頂板巖性脆弱、頂煤硬度低及受區(qū)域內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力的影響，原支護(hù)體系難以滿足控制巷道圍巖變形的需要。

2 原有支護(hù)方案及破壞分析

2.1 原有支護(hù)方案設(shè)計(jì)

8512 工作面原采取普通錨網(wǎng)索支護(hù)形式，在工作面過(guò)斷層時(shí)，采用U 型鋼棚對(duì)巷道支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)。在原支護(hù)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中，頂板錨桿采用Ф20×2500 mm 規(guī)格的左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，頂板錨索采用Ф21.6×5800 mm 的鋼絞繩，幫錨桿采用Ф18×2000 mm 的樹(shù)脂錨桿，幫錨索采用Ф15.24×4500 mm 的鋼絞繩，頂板錨桿打設(shè)間排距900×900 mm，頂板錨索打設(shè)間排距1800×1800 mm，頂板和兩幫均鋪設(shè)2400×1100 mm 的金屬網(wǎng)。

2.2 支護(hù)破壞分析

（1）巷道圍巖變形主要表現(xiàn)是巷道兩幫片幫膨出、底鼓、頂板下沉等。在8510 工作面回采期間，兩巷變形量和底鼓量分別達(dá)到1056 mm 和670 mm，兩幫變形量達(dá)到了巷道斷面的21%，底板底鼓量為巷道斷面的22%，而且75%以上的變形巷道均發(fā)生在工作面前方100 m 的范圍內(nèi)。根據(jù)巷道頂板窺視結(jié)果，構(gòu)造帶附近的頂板發(fā)生嚴(yán)重的離層現(xiàn)象，且多發(fā)于頂板與煤層的交界處。

（2）錨桿變形和支護(hù)失效。在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，可能出現(xiàn)錨桿損壞、斷裂等問(wèn)題，未能得到有效處理會(huì)形成網(wǎng)兜，導(dǎo)致支護(hù)區(qū)域受力異常，對(duì)斷裂錨桿處實(shí)施支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)后，仍無(wú)法控制巷道變形。

（3）常規(guī)支護(hù)方案下，頂板部分區(qū)域發(fā)生冒漏。巷道頂煤較厚（全煤巷），常規(guī)支護(hù)方案下，如不進(jìn)行加固，在斷層構(gòu)造應(yīng)力影響下，頂板冒漏現(xiàn)象無(wú)法避免。

3 工作面支護(hù)方案改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1 高預(yù)應(yīng)力支護(hù)技術(shù)理論分析

工作面中采用高預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)，主要向目標(biāo)預(yù)施加張拉應(yīng)力，使其受力情況穩(wěn)定，投入使用后不會(huì)因?yàn)閿_動(dòng)出現(xiàn)受力、傳力、導(dǎo)力變化，能夠控制動(dòng)態(tài)因素變化，提高安全性。錨索打設(shè)時(shí)，預(yù)應(yīng)力應(yīng)高于300 kN。施加高預(yù)應(yīng)力后，巷道圍巖會(huì)形成“承載拱”，能夠最大限度提升圍巖整體性，防止巷道圍巖出現(xiàn)變形現(xiàn)象。同時(shí)，采取高預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行支護(hù)，能夠整體提升巖體的抗壓能力，使巷道圍巖保持穩(wěn)定。

3.2 高預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)方案設(shè)計(jì)

首先考慮保留原有支護(hù)方案中有效部分，在此基礎(chǔ)上，對(duì)可能出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)因素進(jìn)行評(píng)估，結(jié)合其可能出現(xiàn)的形變進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。同時(shí)，為了提升巷道的穩(wěn)定性，需考慮煤層厚度、地質(zhì)構(gòu)造以及巖體特性的影響，合理選擇巷道支護(hù)方式。

以8512 工作面回風(fēng)巷為例，對(duì)支護(hù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，如圖1 所示。頂板支護(hù)：采用Ф20×2000 mm 規(guī)格的高強(qiáng)度左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，選用150×150×10 mm 規(guī)格的鋼制錨桿托盤(pán)，錨桿打設(shè)間排距940×900 mm，選用的錨固劑型號(hào)為MSK2380，錨固力≥95 kN；錨索規(guī)格為Ф21.6×6500 mm，鋼制錨索托盤(pán)規(guī)格為300×300×15 mm，錨索間距900 mm，每?jī)膳欧謩e按照2/4 眼和3/5 眼的位置布置4 根錨索，眼位間距940 mm，采用MSK23100 型樹(shù)脂藥卷對(duì)錨索進(jìn)行錨固，錨固力≥300 kN；頂網(wǎng)規(guī)格2100×1000 mm，采取橫向鋪設(shè)的方式。兩幫支護(hù)的錨桿規(guī)格：Ф20×2000 mm，錨桿間排距800×900 mm，頂角錨桿距離頂板350 mm，且與頂板成25°夾角，錨固力75 kN 以上。

圖1 回風(fēng)巷支護(hù)方案改進(jìn)支護(hù)示意圖

3.3 支護(hù)效果分析

在支護(hù)完成后，監(jiān)測(cè)巷道圍巖的變形量，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2 所示。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果：頂?shù)装鍑鷰r累計(jì)變形總量為228 mm，兩幫變形總量為546 mm，為巷道斷面的10.8%。巷道頂板變形與兩幫變形分別發(fā)生在采場(chǎng)前方的25 m、30 m 處，不影響工作面正常作業(yè)，圍巖形變得到控制。巷道頂板處煤巖交界處容易出現(xiàn)頂板離層，平均離層量為4.2 mm，離層不明顯。因此，巷道采用高預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)后，圍巖變形與頂板離層現(xiàn)象得到有效控制，滿足回采安全需要。

圖2 巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用高預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)索對(duì)工作面順槽支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)對(duì)巷道圍巖的變形監(jiān)測(cè)結(jié)果可知：該支護(hù)技術(shù)有效改善了巷道圍巖變形、頂板離層的問(wèn)題，巷道不穩(wěn)定圍巖結(jié)構(gòu)得到加強(qiáng)，安全性和實(shí)效性較高，具備良好支護(hù)效果，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期支護(hù)目標(biāo)，滿足巷道回采安全需求。