鈕澤東 梁繼強

（晉能控股煤業(yè)集團有限公司大同市青磁窯煤礦，山西 大同 037000）

煤礦支護技術(shù)得到了快速的發(fā)展，由傳統(tǒng)的被動支護轉(zhuǎn)向主動支護，在支護理論和形式上產(chǎn)生了重大變革[1]。錨桿支護作為煤礦中一種常見的主動支護形式，在掘進巷道支護設(shè)計與施工中得到了廣泛應(yīng)用。錨桿支護成本低、支護效果好，尤其在淺部礦井支護技術(shù)已相當成熟[2-3]。大同市青瓷窯煤礦11-1#層303 盤區(qū)2323 順槽是為11 層8323 回采工作面運煤、行人、進風的巷道，開挖后發(fā)現(xiàn)圍巖的受力狀態(tài)、巷道所處力學(xué)環(huán)境復(fù)雜。為了滿足巷道復(fù)雜力學(xué)環(huán)境對支護結(jié)構(gòu)的要求，需對錨桿支護方案進行優(yōu)化。

1 概況

303 盤區(qū)2323 順槽北部為8329 工作面，南部為8319 工作面，東部為未開拓區(qū)域?qū)嶓w煤，西部為該礦西部井田邊界。巷道設(shè)計總長度為615 m，采用EBZ-260B 型掘進機掘進，采用絲杠前探梁作為臨時支護，錨桿支護作為永久支護。斷面形狀為矩形，寬4.5 m，高2.8 m，其中0～27.7 m巷寬為5.5 m。

2 支護設(shè)計

結(jié)合以往巷道錨桿支護設(shè)計與施工經(jīng)驗，擬采用鋼筋帶+錨桿+金屬網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護，巷道斷面與支護參數(shù)如圖1。綜合考慮高地應(yīng)力、采動動壓等因素的影響[4]，確定巷道支護方案如下：

圖1 巷道斷面與支護參數(shù)（mm）

（1）頂板錨桿支護參數(shù)

巷道頂板采用鋼筋帶+錨桿+金屬網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護，其中頂錨桿采用Φ18 mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，長度為2200 mm，布置間距為1000 mm，排距為1200 mm，頂錨桿與金屬網(wǎng)配合使用，錨桿扭矩應(yīng)高于120 N·m，頂板破碎段采用雙層金屬網(wǎng)。4.5 m/5.5 m 寬巷道錨索均采用Φ17.8 mm，長度為6000 mm，布置間距為1500 mm/2000 mm，排距為3600 mm，呈“二二布置”（5.5 m 寬巷道呈“三三布置”）。

（2）兩幫錨桿支護參數(shù)

巷道兩幫支護采用鋼筋帶+錨桿+金屬網(wǎng)。錨桿采用Φ18 mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，長度為1700 mm，采用Φ4 mm 冷拔絲金屬網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為40 mm×40 mm。兩幫錨桿布置間距為1000 mm，排距為1200 mm，呈“二二布置”。

3 支護效果分析

3.1 監(jiān)測方案

巷道監(jiān)測內(nèi)容包括巷道表面位移和錨桿受力監(jiān)測[5]，測點布置如圖2。巷道表面位移監(jiān)測采用十字測點法，每個監(jiān)測斷面分別在巷道頂板、底板、兩幫布置一個測點。巷道表面位移監(jiān)測主要內(nèi)容包括頂板下沉、底鼓和兩幫的變形，布置AB、CD 兩條測線，使用測線和卷尺測量AB、CD、EB 確定位移量，其中AB 測量值為頂?shù)装逡平浚珻D 測量值為兩幫移近量。測點布置后進行首次監(jiān)測，以后每2～3 d 監(jiān)測1 次，并做好數(shù)據(jù)記錄，對比分析確定巷道各部位表面位移。錨桿受力監(jiān)測是通過在巷道頂板和兩幫布置錨桿測力計，每個斷面布置3個。錨桿測力計布置在金屬墊片和托盤之間，通過擰緊阻尼螺母對錨桿施加預(yù)應(yīng)力，通過錨桿測力計監(jiān)測錨桿錨固力，并做好記錄，對比分析確定錨桿受力的變化情況。

圖2 巷道表面位移監(jiān)測點布置

3.2 巷道表面位移監(jiān)測結(jié)果分析

選取有代表性的監(jiān)測斷面，布置測點對巷道表面位移開展監(jiān)測，累計監(jiān)測時間為120 d，收集監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制巷道表面位移變化曲線如圖3。

圖3 巷道表面位移變化曲線

分析圖3 可知，巷道在掘進施工過程中，頂板下沉量、頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平壳捌谧冃瘟枯^大，其中以頂?shù)装逡平孔冃瘟孔畲?，頂板下沉量最小，后期變形量逐步趨緩，最終達到穩(wěn)定狀態(tài)。分析監(jiān)測結(jié)果可將巷道表面位移變形劃分為三個階段：

（1）快速變形階段。在監(jiān)測前期，圍巖變形量較大，變形速率快，分析原因是開挖后圍巖內(nèi)部應(yīng)力釋放出來，巷道內(nèi)部產(chǎn)生了較大的位移，變形劇烈。在開挖后30 d 內(nèi)，圍巖內(nèi)部應(yīng)力處于調(diào)整階段，巷道各部分位移變化量較大，其中以頂?shù)装逡平吭黾臃茸畲螅_到114.5 mm，頂板下沉量最小，達到15.2 mm，兩幫移近量居中，為65.1 mm。

（2）變形趨穩(wěn)階段。巷道開挖后30～60 d，巷道表面位移變形量明顯下降，處于穩(wěn)定變化階段，由于圍巖應(yīng)力釋放后次生應(yīng)力場基本形成，再加上支護結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用，圍巖變形得到了有效控制，變形程度減緩。

（3）變形穩(wěn)定階段。監(jiān)測結(jié)束，頂板下沉量基本穩(wěn)定在24.2 mm，頂?shù)装逡平炕痉€(wěn)定在133.6 mm，兩幫移近量基本穩(wěn)定在71.8 mm。

3.3 錨桿受力監(jiān)測結(jié)果分析

選取有代表性的監(jiān)測斷面，在錨桿支護完成后開始監(jiān)測，錨桿施加的預(yù)應(yīng)力值為60 kN，監(jiān)測時間為90 d，收集數(shù)據(jù)繪制錨桿錨固力變形曲線如圖4。

分析圖4 可知，在監(jiān)測早期錨桿受力增加速度較快，后期增速逐漸變緩，且頂板和上幫錨桿受力較大，并在監(jiān)測30 d 后逐步達到了穩(wěn)定狀態(tài)。在錨桿完工前期，錨桿受力增加迅速，錨桿的錨固程度也不斷提高，有利于發(fā)揮作用控制圍巖變形。結(jié)合現(xiàn)場觀察結(jié)果，錨桿支護前期圍巖內(nèi)部的應(yīng)力快速釋放出來，在錨桿的支護作用下，有效控制了圍巖變形，避免了頂板離層的產(chǎn)生。在錨桿支護10 d 左右，錨桿受力增速明顯變緩，而后緩慢增長直到穩(wěn)定，頂板從116 kN 增加到147 kN，上幫從107 kN增加到135 kN，下幫從85 kN 增加到96 kN。

圖4 錨桿受力變化曲線

4 結(jié)論

結(jié)合煤礦掘進巷道錨桿支護施工實踐，綜合考慮高地應(yīng)力、采動動壓等因素的影響確定巷道支護方案，布置測點和儀器對巷道表面位移和錨桿受力進行監(jiān)測，得出以下結(jié)論：

（1）巷道支護前期表面位移的變化先后經(jīng)歷了快速變形階段、變形趨穩(wěn)階段、變形穩(wěn)定階段三個階段，并最終達到了穩(wěn)定狀態(tài)，且頂?shù)装逡平孔畲蟆㈨敯逑鲁亮孔钚　?/p>

（2）錨桿受力在支護前期變形速率較高，10 d后逐步趨緩，30 d 以后變形基本穩(wěn)定，最終達到穩(wěn)定狀態(tài)，有效控制了圍巖變形，錨桿錨固效果較好。

（3）優(yōu)化之后的錨桿支護方案，巷道圍巖表面位移和錨桿受力均得到了有效控制，采用該方案作為永久支護達到了預(yù)期的支護效果。