深部高应力巷道高强支护技术的实践应用

蒋 敏

（同煤集团王村矿，山西 大同 037000）

深部复杂应力条件下厚煤层巷道围岩变形破坏的特点主要有：巷道顶、底板容易出现破坏，顶、底板破裂区、塑性区范围较大；顶板与两帮煤体存在层理弱面时，巷道两帮塑性区呈现出上宽下窄的梯形分布形态，表明肩角部位变形破坏较为严重；顶板与两帮煤体存在层理弱面时，滑移变形是两帮变形的主要形式；两帮煤体的力学强度小，容易在大埋深、高构造应力作用下发生破坏。因此，深部复杂应力条件下厚煤层巷道围岩控制的技术关键包括两部分：一是控制围岩破裂区、塑性区的发展，二是控制弱结构面的滑移变形。

同煤集团积极引进和借鉴国内外锚杆支护技术研究成果，通过在矿区的应用和改进，形成了包括锚杆支护理论、锚杆支护设计方法、锚杆支护材料、锚杆支护形式和工艺、锚杆支护工程监测的一套支护技术。该技术具有支护效果好、支护成本低、成套性和现场可操作性强等特点。以王村矿2301 切眼巷道为案例，进行深部复杂应力条件下厚煤层巷道围岩控制的技术研究。

1 工程概况

王村矿2301 切眼（导硐）布置在第3 层煤中，煤层厚度3.9～9.7m，平均厚度8.45m，煤层硬度f=1～2，煤层走向为34°～18°，倾向为70°～108°，倾角为2°～10°。巷道煤层顶底板情况如表1 所示。

表1 2301 切眼煤层顶底板情况表

2 高强支护参数确定

针对王村矿2301 切眼（导硐）地质的情况，设计采用“锚带网+锚索”的高强支护方案，根据工程类比法确定该巷道断面为矩形断面。该巷道正常断面净宽4.5m、净高3.5m、净断面积15.75m2，通过计算确定高强支护参数。

2.1 按悬吊理论计算锚杆参数

2.2 按组合拱理沦计算锚杆参数

2.3 按工程类比法确定锚杆支护参数

根据附近已掘煤巷实际揭露的煤岩层状况，2301 切眼（导硐）与2301 上、下巷属一个煤层，围岩特性及煤层变化情况相似，2301 上、下巷已掘煤巷支护效果较好，所以采用工程类比法选取与2301 上下巷煤巷相同的支护方式能满足支护要求。

2.4 高强支护参数设计

通过以上悬吊理论计算和组合拱理论计算及相似相邻巷道的工程类比，确定2301 切眼（导硐）巷道的高强支护参数如下：

（1）顶板选用左旋无纵筋（KMG500）让压锚杆，6 根，规格：Ф22mm×2500mm，尾部螺纹长度不小于18mm，配4550mm×280mm×3mm 的W钢带压钢筋网（托顶煤时先铺设一层双抗网，再铺设钢筋网）支护，锚杆间排距为850mm×800mm；两帮采用全螺纹等强锚杆，5 根， 规格：22mm×2500mm，配W 钢带压塑钢网支护，锚杆间排距750mm×800mm；顶板和两帮采用高强锚杆蝶形托盘，规格：150mm×150mm×10mm。顶板锚杆采用1 支MSCK2835 和1 支MSM2350 型树脂锚固剂锚固；两帮锚杆采用2 支MSZ2850 型树脂锚固剂锚固。

（2）锚索选用Ф18.9mm 钢绞线锚索，因切眼（导硐）以后要刷大，故锚索长度选择为10.3m，锚索锚入稳定的基岩内不低于1500mm。锚索布置在巷道两排钢带之间的顶板处，每根锚索采用六卷CK2850 型树脂锚固剂加长锚固，锚索托盘选用长×宽×厚=300mm×300 mm×16mm 的高强锚索托盘。

3 高强支护方式的设计

2301 切眼上头刷帮支护方式如图1 所示。

图1 切眼上头刷帮支护

3.1 临时支护设计

设计时使用吊环式金属前探梁作为临时支护，设备规格：≥3.5m 的Ф89 钢管配专用方木、金属锚杆和吊环固定。临时支护设计示意图如图2 所示。每根前探梁≥2 个吊环，防止其滚动，吊环的锚杆外露丝长度在40～80mm，前探梁最大控顶距离1.5m。当巷道坡度大于8°时，采用防滑链固定前探梁防止前探梁下滑。当顶板地质条件发生变化时，若吊环使用不上，可用刮板输送机链子代替。

图2 切眼临时支护

3.2 永久支护设计

2301 切 眼（ 导 硐） 采 用 锚 网 带 加锚索作为永久支护。 顶板支护材料均为Ф22mm×2500mm 左旋高强锚杆、W 钢带（规格：4550mm×280mm×3mm）；顶板中间锚杆必须垂直于巷道岩面，北帮肩窝锚杆必须向巷道北帮倾斜，与铅垂线夹角为20°～30°，使用异型托盘，以保证锚固端距邻近帮不小于0.5m，南帮肩窝锚杆垂直于顶板。顶板铺挂Ф6.0mm 钢筋焊接的经纬网。钢筋网规格为：长×宽=2500mm × 900mm。两帮采用5 根Ф22mm×2500mm 全螺纹等强锚杆，配W 钢带（长1.8、1.05m，眼距为0.75m）压双抗网（规格3500mm× 800mm）支护。

3.3 顶板锚索加固参数

2301 切眼（导硐）采用锚索加强支护。锚索布置在巷道两排钢带之间的顶板处，锚索长度选择为10.3m。选用高强度、低松弛（II 级）黏结式预应力钢绞线。选用3 支MS22350 型树脂锚固剂，锚固长度不得低于1.5m，锚索锚入稳定的基岩内不低于1500mm，锚索间排距为2250mm×1600mm。托盘：规格为300mm× 300mm×16mm 的正心和偏心托盘，强度要与锚索强度相匹配。锚索外露长度不得超过200mm，预应力锚索单根设计锚固力应大于150kN。

4 现场观测结果分析

2301 切眼（导硐）深部高应力巷道高强支护设计方案应用后，进行巷道变形数据观测，对数据进行处理得图3 结果。

图3 巷道观测点围岩变形量

从图3 可知变形量的变化趋势：在0～22d 过程中，随着观测时间的推移，巷道顶底板变形和两帮变形较快；从第22d 之后，巷道围岩变形速度变得非常缓慢，在28d 后变形量稳定。巷道顶底板、两帮最大位移量分别为140mm、105mm。从监测数据可知，该巷道的最大变形量数值较小，在允许变形范围内，该高强支护设计有效地控制了巷道围岩的变形量，高强支护方案设计合理。