软岩巷道破坏机理分析及双锚联合支护技术

刘锡同

（山东兴杨矿业有限责任公司，山东肥城272622）

3101工作面轨道顺槽，正常条件下顶板为坚硬的岩浆岩，硬度系数 f＝11，煤层厚度 1.4～3.1m。 巷道设计荒宽×荒高＝4.2×3.2m，净宽×净高＝4.0×3.1m，施工至 T19 点前 30m 处时，顶板出现淋水，岩浆岩硬度遇水发生变化，岩浆岩破碎、变软，发生片帮，锚杆、锚索孔内细小岩浆岩颗粒随水流冲出。根据现场打注锚索发现，6米范围内岩性均为遇水易变软的岩浆岩，至8m时见粉砂岩，强度略低于岩浆岩。根据顶板离层测试仪的观测记录，发现顶板在一天内下沉量达到5mm，通过测中线发现右帮移近6mm，原有的支护方式已不能有效的控制顶板及两帮。

1 破坏机理分析

1.1 重力应力场压力大

3101轨道顺槽垂深为-595m，地压作用在支护结构上的载荷大，超过支护结构屈服强度后，造成巷道支护结构的破坏。

1.2 围岩力学性能较差

巷道顶板为变质岩浆岩，普氏硬度系数f＝2～4，硬度较小，且层理发育，风化速度快，自稳性差，使巷道来压时间间隔较短，不能满足掘进施工的安全需要。

1.3 水的因素

巷道顶板有淋水现象，水的浸蚀使顶板岩石软化、膨胀，巷道收缩现象明显。

1.4 支护方式选择不当

围岩应力超过传统锚网支护的强度，巷道断面变化较快，单根锚杆锚固端为软岩，锚固力不足，预紧力较低，起不到维护巷道的目的。

2 支护设计

2.1 3101轨道顺槽过软岩段煤层顶板情况

3101轨道顺槽揭露煤层厚度为1.4m～3.1m，通过巷道揭露和打顶板孔得知，煤层顶板是岩浆岩、粉砂岩，通过打注锚索发现煤层顶板8m位置处存在一处软弱夹层。

2.2 原有的支护方案

顶板支护方式为锚网索支护，顶板锚索间排距为1.8×2.7m，锚索采用 Φ17.8×6.3m 钢绞线，锚杆间排距为 800×900mm，锚杆采用 Φ20×2400mm左旋无纵筋高强预应力锚杆，金属网采用Φ6金属焊接网，1400×1000mm；帮部支护方式为锚网（双层）索+w钢带支护，锚杆间排距为 700×900mm， 锚杆采用 Φ20×2400mm等强锚杆，w钢带为wx135-3.0 型。

2.3 支护方式选择

根据新奥法理论，回采巷道支护以锚网支护最为合理，按照锚杆的组合、悬吊作用，将软弱的危岩悬挂于上方稳定岩层之中。由于直接顶较厚，中间有软弱的夹层，采用锚网索支护形式很难保证支护的可靠性，因此采用锚网(双层)索梁+木点柱构成组合支护方式。

锚网（双层）索梁＋木点柱联合支护技术主要通过锚索的作用原理：预应力锚索是一种把钢绞线埋入岩层内部进行预加应力的施工技术，传递主体结构的支护应力到深部稳定岩层的主动支护方式。锚索安设锁紧后，锚索集中应力以45°压力分线传递到支护结构物上，在预应力作用下，围岩产生压缩，可是围岩在锚索的弹性压缩下形成“承载拱”，提高了围岩的整体性和内在抗力，增加了强度，增大了围岩的稳定强度。锚索支护能使结构物与围岩连锁在一起共同作用，能使围岩发挥出更大的承载作用，有利于表面结构的稳定，并把结构和共同工作的围岩介质组成复合体，被结构锚固的岩层能更有效地承受负荷产生的拉力和剪力，而且这些力的传递深度也比未经锚固结构的作用大得多。它利用其长度优势，穿过围岩松动圈或破碎带达到深部稳定岩层中，把短锚杆范围自承拱通过长锚索将其固定在较大的压缩圈内，施以较大的预应力，形成明显的主动支护，使围岩得到有效控制。

2.4 支护参数设计与确定

2.4.1 悬吊理论 L≥L1+2D+L2

L1：锚入完整岩体长度，取 0.5m

L2：锚杆外露长度 0.1m

D：围岩松动圈m

B＝巷道宽度 4.2m

f；岩石普氏系数，取3锚杆间排距

根据每根锚杆悬吊岩石重量确定，即锚固力大于或等于悬吊重量，通常按等距布置

2.4.2 支护参数选择

根据岩层结构、巷道断面及支护时的可操作性，顶板锚杆选用Φ20mm，L＝2400mm高强度锚杆，间排距为800mm×800mm，用3个树脂药卷加长锚固，托盘采用150×150×8mm金属托板；两帮选用Φ20×2400mm的等强锚杆，3个树脂药卷加长锚固，顶、帮部锚杆锚在w刚带上。

2.4.3 锚索支护参数

根据顶板柱状图可知，锚索应锚固在厚度为6m左右的岩浆岩中，要比锚固在粉砂岩中更有效。锚索采用Φ17.8mm×6300mm的高强度钢绞线，托盘采用200mm×200mm×10mm的钢板，间排距1600mm×1600mm，每根锚索采用4支k2350型锚固剂加长锚固。

2.4.4 双层网

顶、帮铺设 6＃钢筋网，网孔 100×100mm，网片规格 1400×1000mm，钢筋网搭接长度100mm，每隔200mm三花连接；塑料网孔为30×30mm，网片规格 1400×1000mm，施工时，先挂塑料网，再挂金属网。

2.4.5 工字钢梁

顶板采用11＃矿用工字钢，间隔1200mm在工字钢上钻眼，锚索托盘压在工字钢上。

2.4.6 木点柱

木点柱采用小头直径不小于300mm的圆木，工字钢固定牢固好，将柱窝处底板卧至硬底，将木点柱支设在工字钢下。

3 施工

3.1 施工准备

顶板锚杆孔、锚索孔使用MQT-120型锚索钻机打眼，帮部锚杆采用7655型风钻打眼。

3.2 施工技术要求

施工中不允许综掘机截割岩浆岩顶板。

安设锚杆、锚索必须严格按设计进行。锚杆托盘必须紧贴钢带上，间排距不允许超过设计正、负值100mm；孔深2350mm，允许误差0～+50mm。锚索托盘紧贴工字钢棚，孔深6150mm，预紧力不小于80KN,锚固力不小于200k N，锚索外露长度：150～350mm。

木点柱大头要支到硬底，小头支在工字钢上，并用木楔楔紧，木点柱支好后，将木点柱用防倒绳连成一体。

4 监测结果

巷道中围岩变化经历了掘进阶段、稳定阶段。掘进阶段，顶、底板移近量平均5mm，两帮移近量平均6mm；并随着淋水的侵蚀，右帮片帮严重。

巷道开掘后7d之内围岩变化较大，7d～15d之内趋于稳定，30d后基本无变化。

巷道从开掘至工作面开始准备，顶板及两帮的移近量都在安全范围之内，围岩保持了较好的完整性，表明锚杆、锚索、网、工字钢、木点柱组合支护结构是可靠的。

5 支护效果分析

双锚组合支护起到了有效控制围岩的效果提高了锚网的施工安装质量，充分发挥了锚、网的支护作用。加入塑料网后，对围岩的变形适应能力有较大提高，使锚索、梁、点柱成为一个完整的支护体，达到了设计要求。