锚喷网与支架支护技术在破碎岩层巷道中的应用

陈路强

摘 要：传统单一工字钢棚在动压破碎岩层巷道支护中并不能取得良好的围岩控制效果。文章结合红炭山矿业有限责任公司牛栏山煤矿+80运输大巷的地质特点，分析了破碎岩层及动压中施工巷道的矿压显现特点，并就原单一工字钢棚支架支护进行改进，提出工字钢棚与锚喷网支护后的联合支护方案，取得良好的支护效果，值得相关煤矿巷道支护设计借鉴。

关键词：破碎岩层；锚喷网与支架支护；机理；支护效果

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）17-0045-02

1 工程概况

牛栏山井田境内褶曲与断层极为发育，矿体整体呈一背斜状态，倾角向南东倾伏。背斜两翼被众多小褶曲与断层所切割，次生构造极度发育，大中套小、小中见微、形态各异，斜歪的、倒转的并存。实验巷道为牛栏山煤矿201采区+80运输大巷，巷道围岩岩性为细砂岩、粗粉砂岩夹砂岩、局部有不规则煤线，构造为一向南方向倾斜的单斜构造，局部存在小褶曲。受F6断层影响，该巷道围岩破碎。巷道在掘进过程中，受围岩破碎、易风化脱层及受采动动压影响会产生巷道变形，在单独采用工字钢棚支护过程中，出现了较为严重的巷道变形现象，影响到了矿井正常生产。

2 动压破碎带巷道破坏特点与支护机理

2.1 动压破碎带巷道破坏特点

所谓的动压或者动压力，通常指的是在矿山资源开采过程中形成的集中应力，如工作面超前集中应力、煤柱叠加应力等。而动压巷道指的是受采动集中应力影响的巷道，其最主要特点就是受采动影响严重。受采动压力的影响，动压巷道附近原有的围岩应力平衡状态被打破，需经过一定时间的应力释放后才能再次达到平衡。动压巷道在这种应力平衡到打破再到平衡的过程中会出现严重的围岩变形，如不能及时有效地对围岩进行控制，巷道围岩就会出现冒顶、片帮、底鼓等矿压显现，严重时甚至发生冲击破坏现象。受采动应力与原岩应力叠加的影响，动压巷道附近应力高度集中，传统的单一支护方式很难维持围岩稳定。鉴于此种情况，工程设计实验了锚喷网与工字钢棚支架联合支护方案，取得了良好支护效果。

2.2 动压破碎带巷道支护

巷道发生破坏的根本原因在于支护或支护所形成的承载结构的支护强度低于围岩应力，致使围岩出现顶板下沉、两帮变形与底板鼓起。对于动压破碎巷道稳定产生影响的因素主要有三个方面，即巷道围岩强度、围岩应力值及分布状况、支护承载能力。因此，动压巷道控制重点在于这三方面进行：

①提高围岩自身承载能力，巷道上覆岩层重量以及围岩变形所造成的压力，大多由围岩结构自行承担，而由巷道支护体所承担的载荷较少，而巷道支护的目的旨在控制围岩变形，保证围岩体的承载能力，因此对于巷道支护设计应充分发挥围岩的自承能力。

②转移围岩应力，改善围岩应力分布条件，对动压巷道围岩受力分析可知，巷道附近存在明显的应力集中现象。为维持巷道围岩稳定性，回采巷道布置与支护中应采取措施降低或转移围岩高应力，改善围岩应力分布状况。

③改善支护参数，支护参数选择的不合理性易造成支护效果达不到预期要求，产生剧烈的围岩变形现象。

动压破碎巷道支护中应用较多的支护方式为工字钢棚支架或锚网支护，以锚网支护为例，支护参数的优化改善内容主要包括锚杆预紧力、直径、长度、安装角度以及间排距等，此外，与锚网支护相关的钢筋梯子梁、托盘、树脂药卷等亦对锚网支护参数有着明显的影响。而有时往往某一单一支护方式并不能取得良好的围岩控制效果，在对支护承载力这一参数设计时，需要联合采取两种及以上的支护方式。

3 锚喷网与支架联合支护

对巷道围岩实施锚网喷与工字钢棚联合支护的方式能够起到有效控制围岩稳定性的作用，锚网喷与工字钢棚支护形成联合的承载结构，共同维持围岩的稳定。

锚喷网支护形成内承载结构，起到加固巷道围岩、封闭围岩表层和防止围岩垮落的作用，并且锚杆支护拥有一定的柔性，能够通过变形释放部分为弹性能。

工字钢棚支护能够为锚杆支护提供更多的径向应力，形成一个内承载结构，并且工字钢棚和锚杆支护之间可知垫加模板、矿用背板等装置，起到柔性过度的作用，通过自身变形来吸收一定围岩压力，降低围岩对工字钢鹏的压力损害。

工字钢棚与锚网喷联合支护形成一个连续的承载结构，锚网喷加固围岩维持围岩稳定，充分发挥围岩的自身承载能力；工字钢棚提供支撑力确保锚网喷的支护效果，二者协同支护，保证良好的支护效果。

4 工程支护效果分析

对实施工字钢棚与锚喷网的联合支护后的实验巷道进行围岩表面收敛监测，为期90 d。

4.1 围岩变形分析

分析巷道变形量可知，在距离掘进工作面0～10 m范围内，巷道围岩变形量逐渐增加，基本上成一定比例正相关关系；掘进工作面10 m之后，工作面变形量增长幅度明显降低，到20 m后变形量不再增加。两帮与顶底板的变形量基本维持在89 mm与64 mm，且两帮变形量始终大于顶底板移近量。巷道在整个掘进掘进过程中未出现片帮、碹体脱落现象情况。

4.2 变形速率分析

对两帮及顶板板变形速率进行分析得到，两帮变形速率与顶底板速率变化曲线基本保持一致，变形速率曲线峰值出现在距掘进工作面后方5 m处，两帮与顶底板变形速率峰值分别为7 mm/d与4 mm/d。20 m之后变形速率基本保持一水平，符合围岩变形量曲线。

综上分析可知，巷道整体变形量较小，均在安全变形允许范围之内，掘进工作面后20 m之后，变形量与变形速率均保持在一稳定状态。回采巷道变形稳定后的断面尺寸达到巷道使用条件，表明巷道支护效果良好。

5 结 语

①工字钢棚支架与锚网喷支护加固能够形成一个连续的承载结构，锚网喷支护加固围岩形成内承载结构；工字钢棚形成外承载结构，提供支撑力确保内承载结构的支护稳定性。

②锚喷网与支架联合支护施工应严格按照施工规范进行，执行并落实支护技术措施。

③牛栏山煤矿201采区+80运输大巷采用工字钢棚支架与锚网喷联合支护后，巷道围岩变形较小，未出现片帮、碹体脱落现象。

工程实践证明，锚喷网与支架支护技术在破碎岩层巷道中的应用具有推广价值，它能在保证围岩支护施工安全前提下，降低工人劳动强度，保证支护效果。

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