沿空巷道錨索補強加固支護技術分析

馬利偉 閆 明 呂 磊

（河南大有能源股份有限公司新安煤礦，河南 新安 471800）

河南新安煤礦二1 煤層及圍巖較為松軟破碎，巷道圍巖變形較大，易出現(xiàn)頂板下沉、片幫、巷道斷面縮小等現(xiàn)象，沿空巷道留設更加困難[1-3]。結合新安礦的開采情況，對試驗工作面采取“預應力讓壓錨桿+雙鋼筋托梁+金屬經緯網(wǎng)+錨索補強支護”的支護方案，能有效解決巷道變形大、支護困難、維護時間長等技術難題，為其他類似條件礦井提供參考和借鑒意義[4-7]。

1 工程背景

新安礦區(qū)試驗工作面對應地面標高平均為+307 m，工作面標高平均為+45 m。新安礦開采煤層主要為山西組二1 煤層，平均煤層厚度為3.4 m，巷道斷面為5.1 m×3.5 m。試驗工作面鉆孔柱狀圖如圖1。

圖1 試驗工作面鉆孔柱狀圖

2 巷道支護方案

2.1 頂板支護方案

新安礦采取了錨桿、雙鋼筋托梁、錨網(wǎng)和錨索的聯(lián)合支護方式對巷道頂板進行支護。錨桿選用預應力讓壓錨桿，間排距900 mm×1000 mm。兩側幫部的錨桿與側幫垂直方向呈20°打設，其余錨桿均垂直于頂板打設。錨桿之間使用Φ16 mm×4800 mm×900 mm×120 mm 的6 眼雙鋼筋托梁連接；錨索采用小五花布置，錨索選用Φ22 mm×7300 mm高強度低松弛預應力鋼絞線，且全部垂直頂板打設。

2.2 側幫支護方案

為了有效減小巷道兩幫圍巖變形，對側幫采取錨桿、雙鋼筋托梁及錨網(wǎng)聯(lián)合支護方式。兩幫每排布置4 根錨桿，錨桿選用讓壓錨桿，間排距為950 mm×1000 mm，巷道兩側靠近頂?shù)装宓腻^桿與巷道兩幫垂直方向10°打設，其余錨桿均垂直巷幫打設。

2.3 頂板錨索補強支護方案

為有效控制巷道頂板下沉，采取了沿空巷道頂板錨索補強支護方案。即通過在原支護方案上再補打3 根錨索，分別位于巷道頂板中部和距兩側幫550 mm 處，實現(xiàn)巷道的支護補強效果。補強錨索采用Φ22 mm×6300 mm 的高強度低松弛預應力鋼絞線，均垂直巷道頂板布設，補強錨索的排距仍為1000 mm，一排3 根與一排5 根錨索的間距分別為1400 mm、1000 mm。錨索布置示意圖如圖2。

圖2 巷道錨索補強支護示意圖

3 巷道圍巖變形監(jiān)測方案

3.1 測點布置

為研究巷道圍巖變形情況，在巷道內布置7 個測點，其中將一個測點布設于試驗區(qū)域前方，一個測點布設于試驗區(qū)域后方，其余測點均位于試驗區(qū)域內，通過測點監(jiān)測巷道變形情況。具體布置方案：于下順槽距工作面開切眼150 m 處布置初始測點，即測點1，各測點間距為25 m 布置測點2 ～測點7。測點布置示意圖如圖3。自工作面開切眼起，下順槽各測點每天監(jiān)測一次，直至工作面推進至試驗巷道外側為止。

圖3 礦壓監(jiān)測測點布置

3.2 監(jiān)測內容

（1）巷道表面位移監(jiān)測

通過“十字測量法”對巷道表面位移進行監(jiān)測，通過在巷道頂?shù)装寮皟蓭筒荚O若干測點，用皮尺進行測量并記錄，通過測量變形后兩幫或頂?shù)装逯g距離，與原巷道尺寸比較計算便可得巷道兩幫及頂?shù)装逡平?。與上一次測量進行對比計算，可以得到兩次測量時間之間巷道兩幫及頂?shù)装逡平?，進而計算出兩幫或頂?shù)装逡平俣取?/p>

（2）巷道頂板離層監(jiān)測

在巷道內每個測點位置各布設1 條巷道頂板離層監(jiān)測線，于頂板中部錨索的一側，沿測線方向布置3 個監(jiān)測點，間距2 m，并在每個測點處安裝1個頂板離層監(jiān)測儀，設2 個基點，深度分別為2.3 m和5.1 m。選用DZY-8m 型頂板離層指示儀來監(jiān)測巷道內的頂板巖層位移?；cA、B 兩點所測變形量分別表示不同層位支護范圍內巖層的離層值，A、B 兩點所測變形量的差值即為A、B 之間產生的離層值。

（3）錨索工作阻力監(jiān)測

在巷道內每個測點位置布設2 個錨索工作阻力監(jiān)測點，其間距為2 m。采用YAD-200 型錨索載荷監(jiān)測儀，可對錨索工作阻力進行連續(xù)記錄，存儲在其中的數(shù)據(jù)可采用FCH8/1.5 型采集器進行采集，實現(xiàn)對錨索工作阻力的監(jiān)測效果。

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

（1）巷道表面位移

根據(jù)上述所布測點內監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)，分析可得回采期間巷道頂?shù)装逡平考皟蓭鸵平?，如圖4。

圖4 巷道表面位移

（2）巷道頂板圍巖離層

根據(jù)上述所布測點內頂板離層指示儀的數(shù)據(jù)，分析得回采期間巷道頂板離層情況，如圖5。

圖5 巷道頂板離層

（3）巷道頂板錨索受力

根據(jù)上述所布測點內錨桿（索）測力儀所測數(shù)據(jù)，分析得到工作面回采期間各測點錨索受力變化曲線，如圖6。

圖6 錨索受力曲線

結果分析：

① 加固試驗區(qū)平均兩幫移近量382.3 mm，相較于加固試驗區(qū)外平均兩幫移近量471.9 mm，減小了19.0%；加固試驗區(qū)平均頂?shù)装褰?63.9 mm，相較于加固試驗區(qū)外頂?shù)装逡平?65.4 mm，減小了35.6%。

② 加固試驗區(qū)錨桿支護范圍內的平均離層值為105.2 mm，較加固試驗區(qū)外的平均離層值117.1 mm，減小了10.2%；加固試驗區(qū)錨索支護范圍內平均離層值149.5 mm，相較加固試驗區(qū)外錨索支護范圍內平均離層值160.3 mm，減小了9.3%。

③ 加固試驗區(qū)錨索平均受力峰值為286.9 kN，相較加固試驗區(qū)外平均錨索受力峰值309.8 kN，減小了7.4%。

5 結論

通過錨索補強加固支護，實現(xiàn)了巷道原支護的加強，有效減小巷道圍巖變形、頂板離層值及錨索平均受力峰值，支護效果明顯，實現(xiàn)了巷道變形的有效控制。