張澤奇

（中煤華晉集團(tuán)晉城能源有限公司，山西 晉城 048200）

1 工程概況

中煤華晉集團(tuán)晉城能源有限公司里必煤礦進(jìn)風(fēng)立井井底車場(chǎng)2 號(hào)巷道掘進(jìn)工作面位于3#煤層底板下K7 砂巖至K5 灰?guī)r之間的泥巖中，掘進(jìn)工作面沿+3‰坡度上山掘進(jìn)，全長(zhǎng)306 m，巷道斷面形狀為直墻半圓拱形，凈寬5.4 m，凈高4.5 m，凈斷面24.3 m2。設(shè)計(jì)錨網(wǎng)索梯+噴漿聯(lián)合支護(hù)，采用Φ20 mm×2200 mm 左旋無(wú)縱筋螺紋鋼等強(qiáng)錨桿，間排距800 mm×800 mm，錨固長(zhǎng)度不小于1100 mm，錨桿托盤采用200 mm×200 mm×12 mm 四方托盤。頂板錨索為Φ21.6 mm×7000 mm 的鋼絞線，間排距為1600 mm×1600 mm，每排5 根，兩肩各1 根使用Φ21.6 mm×4000 mm 的鋼絞線錨索。鋼筋梯子梁采用Φ14 mm 鋼筋制作，頂部2 根長(zhǎng)度3500 mm，幫部各1 根長(zhǎng)度1900 mm，搭接使用，鋼筋梯寬度80 mm，橫筋間距100 mm，搭接長(zhǎng)度為100 mm，搭接處要在托盤下壓緊。

2 巷道變形破壞特征及維護(hù)原則

2.1 巷道變形破壞特征

進(jìn)風(fēng)立井井底車場(chǎng)2 號(hào)巷道穿過(guò)巖層時(shí)圍巖破碎，巖層整體性較差，巖互層已破碎，層間錯(cuò)動(dòng)較多，支護(hù)錨索易被剪斷而失效。2 號(hào)巷道距地表530～560 m 屬于深埋巷道，與淺部巖體相比較，深部巖體處于高地應(yīng)力、高地溫、高孔隙壓力的復(fù)雜力學(xué)環(huán)境下，圍巖隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而產(chǎn)生顯著的蠕變現(xiàn)象，增加了巷道支護(hù)難度。

深埋巷道開挖后，與淺部圍巖不同之處在于深埋巷道內(nèi)的應(yīng)力無(wú)法依靠圍巖自身的承載能力實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，而是在較短時(shí)間使巷道周邊發(fā)生較大的徑向位移，圍巖與深部巖體形成不連續(xù)的介質(zhì)面，必須要采取針對(duì)性的支護(hù)措施，防止巷道的破壞失穩(wěn)。

2.2 巷道維護(hù)原則

為了滿足2 號(hào)巷道安全生產(chǎn)需要，必須對(duì)其進(jìn)行支護(hù)優(yōu)化，主要原則如下：

（1）采用抗剪錨管索支護(hù)結(jié)構(gòu)取代以往普通的錨桿+錨索結(jié)構(gòu)，可以有效抵抗層間錯(cuò)動(dòng)，進(jìn)而可以保護(hù)錨桿+錨索在受到剪切力的作用下不會(huì)發(fā)生被剪斷和拉斷的現(xiàn)象，同時(shí)對(duì)巷道頂板支護(hù)設(shè)計(jì)及參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)協(xié)同支護(hù)。

（2）加強(qiáng)2 號(hào)巷道兩幫支護(hù)，提高錨固煤體的基礎(chǔ)剛度。基于巷道“強(qiáng)幫強(qiáng)角”支護(hù)原理，對(duì)巷道兩幫錨桿參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加巷道對(duì)頂板的支承作用，減小巷道實(shí)際跨度和懸頂距離。

3 巷道全斷面抗剪錨管索支護(hù)方案

煤礦巷道一般采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)及鋼帶聯(lián)合支護(hù)，可以充分發(fā)揮圍巖的自承作用，但是在抵抗剪力方面錨索有著致命的缺陷，容易受到剪切力而受力不均被拉斷，給巷道安全和維護(hù)成本都帶來(lái)了巨大的麻煩。抗剪錨管索具有較好的抗剪強(qiáng)度，在深埋巷道、穿層掘進(jìn)中的支護(hù)效果理想。基于2號(hào)巷道工程地質(zhì)實(shí)況，提出了全斷面抗剪錨管索支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案[1-6]，具體如下。

3.1 抗剪錨管索支護(hù)

抗剪錨管索結(jié)構(gòu)如圖1，通過(guò)在深部裂隙巖體中增加巖體節(jié)理面的方法來(lái)增加其抗剪性能。（1）開縫鋼管自身較高的抗剪強(qiáng)度+開縫鋼管與巖體形成的機(jī)械互鎖力，有效提高巷道抗滑移變形等能力；（2）錨索自身較高的抗拉強(qiáng)度+錨索形成軸向拉伸力，有效提高巷道抗滑移變形等能力。

圖1 抗剪錨管索結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 抗剪錨管索安裝措施

抗剪錨管索設(shè)備及材料：（1）準(zhǔn)備Φ32 mm金剛石復(fù)合片錨桿鉆頭；（2）Φ28 mm、長(zhǎng)度2 m開縫鋼管；（3）金剛石復(fù)合片錨桿鉆頭連接安裝在開縫鋼管的頭端，開縫鋼管與錨桿鉆機(jī)連接件由錨桿托板和鉆桿、內(nèi)徑25～30 mm 鋼管及錨桿螺母焊接而成；（4）采用MQT-130/3.2 型氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)。

3.3 抗剪錨管索安裝工藝

2 號(hào)巷道抗剪錨管索安裝順序?yàn)椋捍蜓邸迦脲^固劑→安裝開縫鋼管→安裝錨索→掛網(wǎng)→掛鋼帶→安裝托板、鎖具→施加預(yù)緊力。

（1）鉆眼，采用Φ32 mm 鉆頭鉆錨索孔；（2）按設(shè)計(jì)要求插入樹脂錨固劑，插入錨索和開縫鋼管，安裝并攪拌，要求開縫鋼管無(wú)外露，部分錨固劑位于開縫鋼管和鋼絞線之間；（3）待錨索安裝15 min 后方可安裝托板和墊片并預(yù)緊打壓。

3.4 抗剪管索錨固力計(jì)算

確定統(tǒng)一采用Φ23 mm 錨固劑，21.6 mm 錨索，鉆孔Φ32 mm 狀態(tài)下，錨固長(zhǎng)度的計(jì)算公式為：

通過(guò)計(jì)算可知，錨索固長(zhǎng)度l應(yīng)≥1.05 m。

錨索每孔應(yīng)用1 支CK2355+1 支K2355 時(shí)，錨固劑總長(zhǎng)度l為1.2 m，根據(jù)公式（2）計(jì)算l0為：

根據(jù)抗剪管索錨固力計(jì)算結(jié)果，在Φ32 mm 鉆孔下施工安裝Φ21.6 mm 錨索，樹脂錨固劑采用1支CK2355 和1 支K2355，錨固力符合要求。

4 2 號(hào)巷道錨固支護(hù)及參數(shù)優(yōu)化方案

基于2 號(hào)巷道工程地質(zhì)實(shí)況，提出全斷面抗剪錨管索方案+噴漿聯(lián)合支護(hù)方案。頂板采用規(guī)格為Φ21.6 mm×3200 mm 錨索，配合長(zhǎng)度2000 mm 的開縫鋼管（16Mn 鋼制作，其尾端外徑為33 mm，頭端外徑為29 mm），端頭錨固加長(zhǎng)錨固方式；幫部采用Φ21.6 mm×3200 mm 錨索，配合長(zhǎng)度為2000 mm 的開縫鋼管進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，加長(zhǎng)錨固方式。具體布置方案如下：

頂板支護(hù)：頂板采用9 根抗剪錨管索，間排距800 mm×800 mm，第5根抗剪錨管索位于頂板中線，掛Φ6 mm 的鋼筋網(wǎng)，配合6800 mm×280 mm×3 mm 的W 鋼帶進(jìn)行支護(hù)；抗剪錨管索主要是Φ21.6 mm×3200 mm 的鋼絞線錨索和Φ28 mm×2000 mm 的Q345 開縫鋼管。錨索鋼絞線外露長(zhǎng)度范圍為150～250 mm，配套采用300 mm×300 mm×14 mm 高強(qiáng)度球形托板及配套鎖具，為增加錨索延伸率加墊 300 mm×300 mm×100 mm 的木托盤。每根抗剪錨管索采用1 支CK2355 和1 支K2355 樹脂錨固劑。

墻部支護(hù)：兩幫各采用2 根抗剪錨管索，間排距800 mm×800 mm，最下1 根錨管索距底板350 mm，其他支護(hù)方案與參數(shù)與頂板支護(hù)一致。

噴射混凝土采用P·O42.5 的水泥，噴射混凝土強(qiáng)度為C25，噴厚150 mm。如圖2。

圖2 2 號(hào)巷道支護(hù)優(yōu)化方案示意圖（mm）

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)2 號(hào)巷道的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，頂板及兩幫最大位移量較小，巷道圍巖穩(wěn)定性較好。說(shuō)明全斷面抗剪錨管索支護(hù)優(yōu)化方案的應(yīng)用能夠有效減小進(jìn)風(fēng)立井井底車場(chǎng)2 號(hào)巷道頂?shù)装寮皟蓭偷氖諗孔冃?，提高了巷道圍巖的穩(wěn)定性，支護(hù)效果理想，可以節(jié)約支護(hù)材料，提高支護(hù)效率，為企業(yè)創(chuàng)造良好效益。