锚网、锚索联合支护在高地应力软岩巷道中的应用

２００８年第７期　煤炭工程　锚网、锚索联合支护在高地应力　软岩巷道中的应用　王永祥　（平顶山工业职业技术学院，河南平顶山４６７００１）　摘要：针对平煤天安五矿三水平高地应力软岩巷道支护难题，分析了巷道变形破坏原因，　并确定了锚网喷及锚索联合支护方案、技术参数和施工方法，通过改进施工工艺和强化工程质量　管理，有效地控制了巷道剧烈变形，取得了良好的支护效果。　关键词：地应力；软岩巷道；支护技术　中图分类号：ＴＤ３５３　１矿井概况　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—０９５９（２００８）０７－００３１－０２　均累计变形量达２００ｍｍ，且变形速度增长较快，具体见巷　道变形量曲线１。后来进行了锚索加固支护，变形速度有所　减缓，但仍持续发生变形破坏，见观测曲线２。目前该巷道　变形最严重处，由设计净宽４８００ｍｍ缩小到２８００ｍｍ，变形　量高达２０００ｍｍ，巷道其它各处皆遭不同程度的破坏，现仍　处于变形过程中。　２００　平煤天安五矿现实际年生产能力在２００万ｔ以上，开采　深度已超千米，地质条件复杂，尤其是在锅底山断层附近，　构造应力变化无常，严重影响各类巷道的支护质量。因为　该矿在三水平（一６５０ｍ）已二扩大采区应用的Ｕ型钢可缩支　架或普通锚喷支护形式已不能有效控制巷道的剧烈变形，　对巷道的正常使用造成严重影响。为此，在己二轨道下山　合理采用锚网、锚索联合支护形式，科学确定支护参数，　并组织及时施工，配合巷道收敛在线监测与控制，有效保　证了巷道顶板下沉不离层，两帮移近不松动，取得了良好　量１５０　删　㈣　的支护效果和经济效益。　５０　２巷道概况及破坏原因　２．１巷道概况　五矿三水平己二轨道下山标高为一６５０～一８００ｍ，巷道　设计净宽４８００ｍｍ，净高４１００ｍｍ，全长９６０ｍ，下山坡度　９。，原设计支护形式为锚网喷，普通螺纹钢　０×２２００ｍｍ　树脂锚杆，间排距７００ｒａｍ×７００ｍｍ，　１．２ｍ，喷厚１２０ｍｍ。　０　１　２　３　４　５　６　时间／ｍｏｎｔｈ　图１巷道变形量曲线　根据对己二轨道下山破坏状态的深入调查和分析，认　为其破坏原因主要表现在下列两个方面：　１）围岩岩性差，承载能力低。由于巷道所处地层的岩　性为泥岩，强度低，抵抗变形能力较差，且节理发育、结　ｍｍ冷拔丝网，网　孔规格８０ｒａｍ×８０ｍｍ，Ｚ２３３５树脂药卷，有效锚固长度　巷道沿己１４煤层（厚度４００ｒａｍ）布置，岩层倾角８—　构面光滑，在巷道开掘过程中，易受爆破震动而发生断裂　和垮落，加之地应力的作用，导致围岩在短时间内形成较　大的松动圈，因此矿压显现严重。　２）高地应力作用，加速了松动圈的扩展。由于埋深较　大，作用于巷道的垂直应力和水平应力相应增大。在高地　１１。，己１４煤层顶、底板岩性为泥岩，节理发育，结构面　光滑，易风化，无含水。其中己１４煤层顶板泥岩厚度８ｍ，　直接顶为厚度４ｍ左右的细砂岩及砂质泥岩互层，整体性　好，成层稳定。　２．２巷道破坏原因分析　该巷在穿过己１４煤层顶底板段，设点观测巷道变形情　况，巷道变形量曲线见图１。连续４个月观测发现，巷道平　收稿日期：２００７—０１—０７　应力作用下，软岩产生塑性变形的速度加快，随高地应力　长时间的持续作用，围岩松动圈将逐步扩大，若支护不及　时或支护刚度不足，则不能有效地控制松动圈扩大的趋势，　作者简介：王永祥（１９５７一），男，副教授，毕业于中国矿业大学采矿工程专业，现任平顶山工业职业技术学院资源开　发系主任。　３１　维普资讯 http://www.cqvip.com 煤炭工程　２００８年第７期　在松动圈范围进一步扩展的同时，将诱导地应力在开掘空　间集中显现，反映为更大的压力使支护失稳，从而造成巷　道破坏。　过已４煤层后，视岩性情况可适当增加一炮进尺，减少辅　助工时。　巷道全断面爆破后，施工人员蹬踏作业，敷设巷道拱　部金属。挂网时将风钻倒置，以３根气脚支托金属网至顶　板紧贴岩面，然后按设计间排距布置锚孔，自上而下，由　３支护设计　３．１　支护方案　在巷道破坏原因分析基础上，经有关专家论证，认为　采用锚网喷及锚索联合支护形式，通过提高锚索支护的及　后向前打一孔，安装一根锚杆，逐排向前至工作面。在打　上部炮眼的同时打安超前锚杆。视顶板岩石的具体情况，　调整超前锚杆间距（５００～７００ｍｍ），顶板破碎处加密布置。　时性和提高锚索的密集系数，增加对围岩的约束力，进行　补强和扩大锚网喷组合拱的作用范围，进一步提高组合拱　抵抗变形的能力，将有效地实现高地应力向围岩深部转移，　从而达到理想的支护效果。　３．２支护参数确定　锚网喷支护参数按原设计参数，锚杆材质改为左旋无　纵肋等强锚杆。　锚索支护参数采用工程类比法并按悬吊理论计算，其　结果如下：　锚索长度为７ｍ，问排距为２￣０ｍｍ×２１￣ｍｍ；锚固力　２００ｋＮ；预应力：７０ｋＮ。　４支护施工　４．１施工方案　根据施工队伍的现状和现有装备情况，结合巷道所处　岩层的特性，采取锚网喷与锚索联合支护方案。为做到及　时支护，有效地控制巷道变形，防止松动压力产生，可通　过改进施工工艺和强化工程质量管理等手段，以达到预期　支护效果。本工程采用ＹＴ一２８型风钻打眼，Ｐ一６０Ｂ型耙　斗机装岩，ＪＹ一４Ａ型绞车牵引２台１ｔ矿车串车提升，Ｐ—　Ｖ型喷浆机喷射混凝土，两台２×３０ｋＷ对旋风机配　￣８００ｍｍ胶质风筒向工作面压人通风。　４．２施工方法　采取“两掘一喷”的方法组织施工，“三八”制作业，　浅眼小循环，有效进尺控制在１．０ｍ，严格控制光爆措施，　放炮前采用超前支护控制巷道顶板，巷道断面的上、下部　位采用分次装药分次起爆。一掘一锚网，并使其紧跟工作　面，耙斗机前的巷道拱部喷射混凝土一次达到成巷标准，　巷道墙部的混凝土待耙斗机推进后及时补喷。锚索的安装　紧随耙斗机后，此时，应注意控制耙斗机至工作面的距离　和一次推进耙斗机的距离，以确保锚索的预应力不低于设　计值。　４．３施工工艺　因巷道顶板破碎，采用超前锚杆（管缝式）临时支护顶　板，锚杆参数为　２×２２００ｒａｍ，间距５００—７０ｏｍｍ，与巷　道延伸方向呈２０。夹角锚入围岩，杆体穿过工作面钢丝网　孔，沿毛断面轮廓线外布置，位于拱基线ｌｍ以上处。为控　制顶板垮落，每个循环有效进尺控制在１．０ｍ，并减少一次　起爆药量，以减轻一次起爆对围岩的震动破坏力度。当穿　３２　将矸石清理后，及时补挂墙部网并打巷道下部炮眼。每推　进两炮，喷射一次混凝土，并使耙斗机前的巷道拱部一次　喷浆成巷，巷道墙部等耙斗机推进后及时补喷成巷。随工　作面推进，耙斗机距工作面２０ｍ推进一次，一次移耙斗机　的距离为８ｍ，以缩短一次移耙斗机的时间，实现耙斗机当　班推进和当｝ｊ完成墙部混凝土喷射成巷，尽可能地缩短巷　帮围岩的暴露时间。　锚索施工紧跟耙斗机，并在巷道开掘后两日内完成（根　据己二轨道下车场穿该岩层软岩的观测统计，１０ｄ内在锚网　喷支护下巷道未产生任何变形）。锚索施工时，首先按设计　问排距布孔，由后向前逐排推进，打一排孔，安装一排。　为确保锚固强度，各锚孔打出后，采用压风清孔，之后，　按规定数量将树脂药卷依次送人眼底，采用专用器械推进　搅拌２０—３０ｓ后安装托盘，锚索施工经１５ｒａｉｎ凝固后，采用　千斤顶张拉绞线达７０ｋＮ，不卸载安装托盘，以提高锚索的　初期承载力，积极实现与锚网喷的联合支护作用。锚索钢　绞线在地面采用无齿锯按设计事先截好并送至施工现场。　４．４施工质量保证措施　１）加强锚网喷与锚索支护工艺的学习，使施工人员熟　知支护工艺。　２）小班设专职质量检查员，严把各工序质量关，上道　工序不符合要求不得进入下道工序，并详细记录小班的每　道工序的施工质量情况和责任人。　３）建立质量管理责任制，并与经济挂钩，奖罚到个　人，提高施工人员对质量的责任感。　４）实施对巷道的跟踪观测。巷道每推进２０ｍ建一观测　站，每个观测站按顶、底、两帮分别建点，并按巷道推进　后１０日、２０日、１个月……６个月定期对每个观测点进行　移近量测量，检查方案实施效果，并记录数据，以便统计　分析和及时修改支护措施。　５）争取尽早实现对巷道测点的在线监测，及时反馈信　息，修改支护措施。　５结论　通过６个月以来的应用和观测数据统计，两帮最大移　近量１５９ｍｍ，只达到设计断面的３．４６％，顶板下沉４２ｒａｍ，　底鼓５０ｍｍ，分别达到设计的１．１％和１．３％，并处于定值，　巷道围岩处于稳定状态，达到了预期支护效果。　（责任编辑潘启新）