复杂应力影响下顺槽支护技术优化

郭 路

（晋城煤业集团寺河煤矿二号井，山西 晋城 048019）

矿井开采深度逐渐增大，应力也逐渐增大，巷道围岩较浅部的变形、失稳及破坏现象更加明显，过去单一的支护方式将无法满足深部巷道支护的需要，采用组合支护形式已迫在眉睫。我国许多专家学者对组合支护形式进行了研究。将耦合支护技术应用于软岩复合顶板突出煤层巷道，有效地解决了巷道的支护问题[1]；康虹等[2]采取锚网索支护技术解决深部松软破碎煤层巷道支护问题；牛福龙[3]将锚杆锚索变形匹配技术应用于巷道支护；李书民等[4]将锚网索联合支护技术应用于深部回采巷道中；何宗礼等[5]用预应力协同支护技术解决这类高应力破碎围岩巷道的支护问题；在锚杆-锚索支护协同设计时，只有使锚索与锚杆协同配合，才能使锚杆、锚索预应力协同支护的效果达到最优[6]。基于此，本文以山西晋城煤业集团公司寺河矿二号井97采区97205巷高强锚杆、锚索联合支护为研究对象，以期达到提高巷道稳定性，减少巷道围岩变形量的目的。

1 工程概况

97205巷担负97303回采工作面进风任务，巷道服务期限为24个月。97205巷上部3#煤为小煤窑破坏区，东、西、南三面皆为实体煤，北为97101巷。97205巷与97302工作面之间的煤柱宽度为30m，在97302工作面回采之前，97205巷将掘进完毕。97205巷设计采用矩形断面，掘进宽度为4200mm，高度为2400mm。

9#煤层位于石炭系太原组中部，含夹矸0～2层，直接顶板为3.3m粉砂岩，局部地段为石灰岩，基本顶为5.3m的细砂岩；底板为0.8m的石灰岩。9#煤层顶部距3#煤层51m左右。9#煤层较稳定，煤层厚度平均为1.42m，平均倾角为5°，煤层结构简单。

2 巷道原支护方式及巷道变形观测

2.1 巷道原支护方式

97205巷主要采用树脂加长锚固锚杆组合支护系统, 并进行锚索补强。

顶板：锚杆排距1200mm，间距1200mm，每排4根锚杆；锚索排距为3600mm，间距为2400mm。

两帮：锚杆排距1200mm，间距1200mm，锚杆距顶距离400mm,起锚高度800mm。

原支护方案如图1所示：

图1 巷道支护示意图（单位：mm）

2.2 巷道变形观测

为观测巷道的变形规律，为下一步对巷道支护方式改进提供依据，采用“十字”布点法观测巷道表面变形。沿大巷掘进方向每掘进50m布置一个测试断面。原支护方式巷道表面位移如图2所示。

图2 原支护方式巷道表面位移

由图2可以看出，原有支护方式下，巷道两帮移近量为550mm，顶底板移近量为101mm。巷道围岩的变形量大，该巷道条件不能满足矿井的正常生产作业。对原支护方式进行改进，提高巷道的支护效果，降低巷道的维修成本是很有必要的。

3 支护方式改进及巷道变形观测

对锚杆进行优化，采用蛇形锚杆，如图3所示，提高锚杆的可变形性、让压性能；采用快装高预应力“鸟窝”锚索，如图4所示，提高锚索的锚固力、锚固范围及让压性能。

图3 蛇形锚杆示意图

图4 快装高预应力“鸟窝”锚索

3.1 巷道优化后支护方式

优化后的巷道支护方式为：预应力“鸟窝”锚索、蛇形锚杆、金属网联合支护。

顶板：锚杆排距1200mm，间距1100mm，每排5根锚杆，150×150×8mm高强托盘；锚索采用“三花”布置，排距为2400mm，间距为2200mm，300×300×10mm高强托盘。

顶板：锚杆排距1200mm，间距1100mm，锚杆距顶距离为500mm，150×150×8mm高强托盘。

改进后的支护方案如图5所示：

图5 优化后的巷道支护示意图

3.2 支护方式优化后巷道变形观测

为观测巷道的变形规律，确定优化后的支护方式对巷道的支护效果，采用“十字”布点法观测巷道表面变形。沿大巷掘进方向每掘进50m布置一个测试断面。支护方式优化后巷道表面位移如图6所示。

由图6可以看出，对支护方式进行改进后，巷道围岩变形在滞后工作面100m后趋于稳定，巷道两帮移近量为170mm，顶底板移近量为70mm。巷道围岩的变形量较原支护形式有大幅的降低，巷道两帮移近量仅为原支护方式的三分之一，顶底板移近量为为原支护方式的70%，取得了良好的支护效果。

图6 支护方式改进后巷道表面位移

4 结论

采用预应力“鸟窝”锚索、蛇形锚杆、金属网联合支护技术代替原有的锚杆锚索联合支护，提高了支护系统对巷道围岩的支护效果，巷道两帮移近量仅为原支护方式的三分之一，顶底板移近量为原支护方式的70%，保证了巷道长期正常安全使用的要求。