全斷面預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)在底抽巷軟巖掘進(jìn)中的應(yīng)用

梁洪山

（河南理工大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454003）

中馬村礦為煤與瓦斯突出礦井，工作面正?；夭汕熬璨扇^(qū)域瓦斯治理措施，主要采用底抽巷穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯[1-4]。施工底抽巷是進(jìn)行區(qū)域瓦斯治理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，3900上中間底抽巷巷道掘進(jìn)后變形量顯現(xiàn)強(qiáng)烈，巷道錨桿、錨索支護(hù)出現(xiàn)錨固力低、脫錨、片幫甚至出現(xiàn)支護(hù)失效和巷道破壞嚴(yán)重等情況，造成巷道支護(hù)損壞、危及人身安全，巷道在服務(wù)瓦斯治理工程期間維修頻繁，造成大量的人力、物力、財(cái)力浪費(fèi)，嚴(yán)重制約瓦斯治理期限，影響礦井正常生產(chǎn)接替。

1 工程背景及研究意義

1.1 工程背景及巷道基本地質(zhì)情況

中馬村礦井田地處焦作煤田中部，南鄰九里山斷層，西部緊依鳳凰嶺斷層，北鄰李河斷層、李莊斷層和小馬村礦，東鄰馮營(yíng)礦，井田面積17.1219 km2。主采山西組二l煤，煤層埋深61～788m，煤層底板標(biāo)高+45～-680m，煤厚0.10 ～13.53 m，平均4.90 m，屬較穩(wěn)定煤層。中馬村礦3900上中間底抽巷位于39采區(qū)西翼上部，巷道北臨2906工作面采空區(qū)，南為39022工作面，東起39輔助回風(fēng)巷，西至39采區(qū)邊界，3900工作面底抽巷位于二1煤層底板8.8 ～13.7 m，大部在煤層底板以下10m左右，巷道在安全巖柱范圍之內(nèi)，該巷道主要服務(wù)于3900工作面瓦斯抽采。

1.2 巷道原支護(hù)設(shè)計(jì)

巷道選用錨網(wǎng)索噴支護(hù)形式，全斷面布置12根錨桿，錨桿間排距為800×900mm，誤差為-100～100mm，錨桿選用高強(qiáng)度阻尼錨桿，規(guī)格為Φ20×2400mm；全斷面布置3根錨索，錨索選用型號(hào)為SKP19-1/1820，規(guī)格為Φ18.9 ×7200mm，錨索間排距為2000×2700mm（在巷道中線位置布置一根，巷道中線兩側(cè)2000mm位置各布置一根），誤差為-100～100mm；噴漿封閉厚度50mm；網(wǎng)片采用Ф6mm鋼筋經(jīng)緯網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格2000×1000mm，網(wǎng)格100×100mm，網(wǎng)片搭接寬度為100mm，用14#鐵絲呈三花狀雙股綁扎。該支護(hù)設(shè)計(jì)從理論上計(jì)算能滿足安全支護(hù)要求，但底抽巷在受密集抽采鉆孔施工及水力沖孔影響后，巷道變形嚴(yán)重?zé)o法滿足長(zhǎng)時(shí)間區(qū)域瓦斯治理時(shí)間需要，需進(jìn)一步優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)。

2 底抽巷巖性窺視分析

2.1 窺視鉆孔布置及施工情況

3900上中間底抽巷窺視鉆孔設(shè)計(jì)孔深10m，分別位于該巷通尺300m、350m、495m共布置7個(gè)窺視孔（見(jiàn)圖1）。3900上中間底抽巷現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際共窺視7個(gè)鉆孔，分別位于該巷通尺300m（正頂）、350m（右拱肩、正頂、左拱肩）、495m（右拱肩、正頂、左拱肩）。見(jiàn)表1。

表1 3900上中間底抽巷窺視孔統(tǒng)計(jì)表

圖1 3900上中間底抽巷窺視孔布置圖

2.2 窺視鉆孔情況分析

從全部窺視孔得出，巷道通尺300m斷面頂板裂隙、破碎主要集中在3m以下，8.64 -8.76 m處出現(xiàn)離層分析為原生離層；通尺350m斷面圍巖裂隙、離層主要出現(xiàn)在3m以下，其它圍巖整體較為完好；通尺495m斷面圍巖裂隙較多，最深處出現(xiàn)在6.66 m，離層破壞最深處在5.74 m。

圍巖裂隙大多在3m以下，個(gè)別鉆孔在較深處產(chǎn)生了離層，分析是圍巖原生裂隙發(fā)育產(chǎn)生的影響；從破碎位置來(lái)看，巷道頂板基本穩(wěn)定，兩拱肩處為薄弱區(qū)域。

2.3 新支護(hù)方案

全斷面錨網(wǎng)索噴支護(hù)，頂板打設(shè)4根錨桿，沿巷道中線對(duì)稱布置，錨桿間排距：1000×900mm，誤差：-100～100mm，錨桿規(guī)格：Φ20mm×2400mm，高強(qiáng)度阻尼錨桿；短錨索布置：從錨桿下方1000mm處開(kāi)始布置，間排距：1000×900mm，誤差：-100～100mm，規(guī)格：Φ21.6 mm×4000mm，底部錨索施工時(shí)下扎15°；長(zhǎng)錨索布置：沿巷道中線對(duì)稱布置，且在中線位置布置1根錨索，錨索間排距：2000×2700mm，誤差：-100～100mm，規(guī)格：Φ21.6 mm×7200mm；噴漿封閉厚度50mm；網(wǎng)片采用Ф6mm鋼筋經(jīng)緯網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格2000×1000mm，網(wǎng)格100×100mm，網(wǎng)片搭接寬度為100mm，用14#鐵絲呈三花狀雙股綁扎，見(jiàn)圖2。

圖2 3900上中間底抽巷窺支護(hù)斷面圖

2.4 計(jì)算法校核支護(hù)參數(shù)

依據(jù)巷道圍巖松動(dòng)圈分類及錨網(wǎng)索噴支護(hù)建議，3900上中間底抽巷圍巖為中等穩(wěn)定，按懸吊理論計(jì)算[5]。

2.4.1 錨桿長(zhǎng)度計(jì)算

L=L1+L2+L3=0.15 +1.5 +0.4 =2.05 m

式中：L1-錨桿外露長(zhǎng)度，其值主要取決于錨桿類型及錨固方式，取0.15 m;L2-錨桿的有效長(zhǎng)度，不小于不穩(wěn)定巖層的厚度，取1.5 m;L3-錨桿錨固長(zhǎng)度，一般L3取0.3 ～0.4 ，取0.4 m;因此取錨桿長(zhǎng)度L=2400mm可滿足施工要求。

2.4.2 錨桿錨固力與直徑

錨固力應(yīng)不低于被懸吊不穩(wěn)定巖層的重量，用下式進(jìn)行計(jì)算：

Q=K L2α1α2γ=2×1.5 ×0.8 ×0.8 ×25=48kN

式中：Q-錨桿錨固力，kN;K-安全系數(shù)，一般取1.5 ～2;α1、α2-錨桿間排距，m;γ-巖層平均重力密度，取25kN/m3;錨桿采用高強(qiáng)度阻尼錨桿，錨桿的直徑根據(jù)桿體承載力與錨固力等強(qiáng)度原則確定，依據(jù)公式：

式中：d-錨桿直徑，mm;σt-桿體材料的抗拉強(qiáng)度，根據(jù)錨桿檢驗(yàn)報(bào)告可得此錨桿抗拉強(qiáng)度不低于630MPa，可得d=9.8 mm，該型號(hào)錨桿直徑為20mm，可滿足直徑要求。

2.4.3 錨桿間、排距

因錨桿設(shè)計(jì)間距、排距大小相等，可取α=α1=α2，依據(jù)下式

式中：

α-錨桿間距;Q-錨桿錨固力，該型號(hào)錨桿要求錨固力為100kN;可得α值小于等于1140mm即可，結(jié)合工程類比錨桿間排距取1000×900mm可滿足支護(hù)需要。

2.4.4 錨索長(zhǎng)度的確定

X=X1+X2+X3

式中：X1-錨索外露長(zhǎng)度，取0.3 m;X2-錨索的有效錨固長(zhǎng)度，不小于不穩(wěn)定巖層的厚度，取1.65 m;X3-錨索的錨固長(zhǎng)度，取1.5 m。

可得X=0.3 +1.65 +1.5 =3.45 m，故幫部選用長(zhǎng)度4m短錨索，頂腮部選用長(zhǎng)度7.2 m長(zhǎng)錨索可滿足需要。

2.5 巷道位移觀測(cè)分析

3900上中間底抽巷礦壓觀測(cè)站于2020年9月25日建立完畢，并實(shí)測(cè)原始數(shù)據(jù)建立臺(tái)賬，并實(shí)測(cè)原始數(shù)據(jù)建立臺(tái)賬，每10天一觀測(cè)，現(xiàn)經(jīng)過(guò)50天連續(xù)觀測(cè)，將該觀測(cè)站礦壓顯現(xiàn)情況匯總?cè)缦拢焊鶕?jù)觀測(cè)所得數(shù)據(jù)曲線顯示，該觀測(cè)站變化量不大，巷道頂沉變形量最大值為6mm，兩幫變形量最大值為8mm，頂?shù)鬃冃瘟孔畲鬄?mm，以上收斂值為正常巷道收斂，且現(xiàn)場(chǎng)無(wú)噴體開(kāi)裂、兩幫外鼓等巷道破壞情況，全斷面預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)在該巷道效果較為明顯[6]。

結(jié)束語(yǔ)

中馬村礦3900（上）中間底抽巷通過(guò)采用巷道巖性窺視、巷道位移觀測(cè)等方式，結(jié)合中馬村礦3900（上）中間底抽巷圍巖地質(zhì)情況，合理優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)方案，針對(duì)巷道巖石軟、裂隙發(fā)育等情況，采用全斷面預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)解決了中馬村礦3900（上）中間底抽巷前掘后修、前修后變形的問(wèn)題，為底抽巷軟巖支護(hù)提供了經(jīng)驗(yàn)。