强动压影响下运输巷围岩控制技术研究

(河南理工大学 河南 焦作 454000)

一、地质概况

潞安环能股份有限公司五阳煤矿位于山西省襄垣县境内，是一座大型矿井，矿井开采对象主要为山西组中下部3#煤层，煤层赋存稳定，煤岩类型以亮煤为主，暗煤次之，煤质为贫廋煤。现在正在准备的7609工作面位于+600水平76采区，7609运输巷全长为1355m，工作面标高为348.7～407.2m。其北部为7609回风巷，南部为7607工作面，西部为76南部放水巷，东部为76架空人车巷，7609运输巷为矩形断面，宽5.5m，高3.5m。巷煤层倾角-2～6°，平均2°巷道断面为矩形，宽5.3m，高约3.5m[1]。

二、支护方式与支护参数设计

巷道顶板为7根锚杆，间距800mm；两帮各4根锚杆，间距为1000mm，锚杆排距参照间距确定为900mm。其具体支护参数为：

顶板锚杆：使用左旋无纵筋螺纹钢高强锚杆，规格为Ø22×2400mm，配150mm×150mm×12mm高强拱形托盘和高强螺母，并配有调心球垫和尼龙垫圈，托板拱形高度不低于36mm，承载能力不低于255kN。加长树脂锚固，钻孔直径为小于30mm，药卷规格为K2335一支，Z2360两支，顶板配以双钢筋梯子梁和金属网作为辅助支护，梯子梁采用Ø16的钢筋，长5300mm，宽120mm；金属网采用8#铅丝编制的经纬网或者菱形网，顶板金属网规格为5500mm×1000mm，网孔为50mm×50mm，相邻网搭接100mm，铁丝钮扣联结。锚杆全部垂直顶板布置，锚杆预紧力矩不小于500N·m，但不能大于600N·m。

顶板锚索：采用1×19股高强度低松弛钢绞线制作，延伸率大于5%，直径22mm，长7300mm，有效长度7000mm左右，每排三个锚索，间距1600mm，排距1800mm，锚索必须紧跟迎头施工。锚索采用一支K2335和两支Z2360树脂锚固剂锚固，理论锚固长度约为1.97m，在锚索锚固端1.9m处施加挡圈。锚索托盘采用300mm×300mm×16mm的高强球型托盘，托盘高度不小于60mm，托盘中心孔径比钢绞线公称直径大2～4mm，锚索必须配有调心球垫，锚索预紧力应≥250kN，外露长度为200～300mm。

两帮锚杆：使用左旋无纵筋螺纹钢高强锚杆，规格为Ø22×2400mm，配150mm×150mm×12mm高强拱形托盘和高强螺母，并配有调心球垫和尼龙垫圈，托板拱形高度不低于36mm，承载能力不低于255kN。加长树脂锚固，钻孔直径为不大于30mm，药卷规格为K2335和Z2360各一卷，顶板配以双钢筋梯子梁和金属网作为辅助支护，梯子梁采用Ø16的钢筋自行制作，长度为3500mm；金属网采用8#铅丝编制的经纬网或者菱形网，金属网规格为3500mm×1000mm，网孔为50mm×50mm，相邻网搭接约100mm，铁丝钮扣联结。两帮的最上一根锚杆均上斜10°布置[2]，锚杆端部会部分锚固在顶板内；两帮的最下一根锚杆均下斜10°布置，锚杆端部会部分锚固在巷道底板内；锚杆预紧力矩不小于500N·m，但不能大于600N·m。

帮锚索：靠近回采工作面一侧不设置锚索，另一侧设置锚索，锚索材料与顶板完全相同，采用1×19股高强度低松弛钢绞线制作，延伸率大于5%，直径22mm，长5300mm，有效长度5000mm左右，每排两根锚索，间距1500mm，排距1800mm，上部锚索距顶板750mm，向上倾斜10°布置；下部锚索距底板1250mm，向下倾斜10°布置；锚索必须紧跟迎头施工。锚索采用一支K2335和两支Z2360树脂锚固剂锚固，理论锚固长度约为1.97m，在锚索锚固端1.9m处施加挡圈[3]。锚索托盘采用300mm×300mm×16mm的高强球型托盘，托盘高度不小于60mm，托盘中心孔径比钢绞线公称直径大2～4mm，锚索必须配有调心球垫，锚索预紧力应≥250kN，外露长度为200～300mm。其具体支护如图1：

图1 锚杆锚索布置图

三、现场工业性实验：

巷道围岩变形移近量及受力情况是确认围岩的稳定性、判断支护效果、指导施工顺序、预防拱顶崩塌、保证施工质量和安全的最基本资料。巷道周边移近量是巷道围岩应力状态变化和围岩发生流变变形最直接的反映，通过监测各施工阶段围岩与支护结构的动态变化，把握施工过程中结构所处的安全状态，判断围岩的稳定性、支护的可靠性、确保施工安全及结构的长期稳定性[4]。

现场顶板离层观测情况表明锚固区内、外的顶板岩层均没有出现明显的离层现象锚固内岩层和锚固外岩层在一定时间内能够趋于稳定各测点的锚固区内的顶板离层值均小于工类围岩的顶板离层临界值。这说明全长锚固以及锚索补强的作用明显。顶板支护形式与参数基本合理,有效地控制了顶板的变形,保持了顶板岩层的整体性,支护效果较好。

[1]蔡美峰,何满潮,刘东燕.岩石力学与工程[M].北京:科学出版社,2002

[2]钱鸣高,缪协兴.采场上覆岩层的结构形态及受力分析[J].岩石力学与工程学报,1995,14(2):97～105

[3]钱鸣高,石平五,许家林.矿山压力与岩层控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,2010

[4]J.P.皮凯.厚煤层放顶煤开采的矿山压力研究.北京:岩层控制与综采矿压译文集,1985