大断面松软巷道高强预应力锚杆支护技术

刘文伟

(山西新元煤炭有限责任公司，山西 晋中 030600)

1 工程概况

新元煤矿9105工作面开采9号煤，煤层平均厚度3.40 m，平均倾角2°，煤层普氏系数在1.5以下，属松软煤层。煤层直接顶为1.7 m厚的砂质泥岩，其上为1.0 m厚的8号煤、2.96 m厚的泥岩及6.46 m厚的砂质泥岩等；直接底为0.95 m厚的砂质泥岩，老底为2.75 m厚的细粒砂岩。

9105进风巷东侧为9104工作面(未布置)，西侧为工作面实体煤，北侧为9号煤回风大巷，具体巷道布置如图1所示。巷道沿煤层底板掘进，掘进断面为宽×高=5.2 m×5.5 m，属于大断面巷道，又由于9#煤层属松软煤层，故为保障巷道围岩的稳定，必须采取合理的支护措施对围岩进行控制。

图1 9105进风巷布置示意

2 高强预应力锚杆支护技术

2.1 支护原则

锚杆支护是当前应用最普遍最有效的动压巷道支护形式，新元煤矿9号煤层松软、锚固力低且巷道断面较大，煤层顶板属于复合顶板，掘进时沿煤层底板掘进困难，导致巷道超高严重，根据9105进风巷大断面松软围岩的具体特征，提出采用高强预应力锚杆支护技术控制围岩变形。

具体支护原则为：①强力一次支护原则：在巷道掘进期间，支护方式采用高强锚杆、高预紧力的方式进行支护，起到一次支护控制住围岩变形的效果；②提高单根锚杆(索)的强度：在支护强度不降低的情况下，通过提升单根锚杆(索)的支护强度，进而降低锚杆(索)的支护密度；③提升锚杆(索)锚固系统的整体刚度，以提升锚固区抵抗变形的能力；④提高锚杆(索)的预紧力，防止岩层间离层现象的出现，以保持锚固煤岩体的完整性和承载能力；⑤提高组合构件的强度与刚度，增强锚杆(索)之间的联结性、整体性，控制锚杆(索)间煤岩体的变形破坏，对巷道表面形成一定的支护[1-2]。

2.2 锚杆(索)支护参数选择

1) 锚杆参数。一般对于围岩破碎、应力大的巷道，应选用直径大的锚杆。针对9105进风巷围岩松软、裂隙发育、巷道断面大，属于复杂困难巷道条件，应选取强度大、直径大的锚杆，因此确定采用BHRB500型号的锚杆，直径22 mm、长度为2.4 m，锚杆间排距均为0.9 m，预应力为60～100 kN，对应锚杆的预紧扭矩为400～550 N·m。

2) 锚索参数。顶板锚索采用 21.6 mm×6 300 mm的17股高强度低松弛预应力钢绞线；两帮采用 17.8 mm×4 300 mm的高强锚索。

3) 组合构件。基于组合构件的几何参数应与锚杆(索)支护相匹配的原则，另外锚杆(索)间采用组合构件能在一定的程度上提高支护体的刚度和强度，扩大预应力的扩散范围，增大锚杆的作用范围，进而提升锚杆(索)支护的整体性，选用护表面积大、强度与刚度高的W形钢护板作为组合构件。

3 支护方案与效果分析

3.1 支护方案

1) 顶板支护。锚杆采用D22 mm×2 400 mm 的BHRB500型左旋无纵筋螺纹钢筋，每排布置6根，间排距900 mm×900 mm，锚固方式采用树脂加长预应力锚固，锚固长度为1 017 mm，预紧扭矩大于400 N·m，小于550 N·m。锚索采用型号为SKP21.6-1/1 860-6 300，D21.6 mm×6 300 mm的17股高强度低松弛预应力钢绞线，配合配套锁具，沿巷道中间打设锚索，3-2布置，排距900 mm，每排3根时，间距1 600 mm，每排2根时，间距2 000 mm，全都垂直顶板岩层打设，锚固方式采用加长预应力锚固，锚固长度1 460 mm，预紧力≥250 kN。护表构件采用W钢带+金属网，金属网采用10号铅丝编织的金属网，网格为50 mm×50 mm，W型钢带规格为BHW235/280/4-4 800-6。

2) 两帮支护。锚杆规格、锚固长度及方式、预应力大小和间排距均与顶板锚杆相同，每帮每排布置7根，全部垂直巷帮打设。 锚索采用D17.8 mm×4 300 mm的高强度矿用钢绞线锚索，3-2布置，排距为900 mm，每排3根时，间距为2 250 mm，每排2根时，间距为1 900 mm，锚固方式采用加长预应力锚固，锚固长度1 756 mm，设置锚索预紧力≥150 kN。护表构件采用W钢护板护表，规格为300 mm×460 mm×4 mm，四边压边。网片采用金属网护表，网片为网格50 mm×50 mm的10号铅丝编织，规格3.5 m×1.1 m。具体支护方式如图2所示。

由图6可知：巷道监测断面随着与掘进迎头距离的增大，顶底板及两帮移近量逐渐增大，变形主要发生在掘进工作面后方0～40 m的范围内，当监测断面距离工作面超过40 m后，顶底板及两帮移近量均趋于稳定，巷道顶底板移近量较小，由于两帮基本为松软煤体，致使两帮移近量较大，巷道在掘进期间顶底板及两帮的最大移近量分别为39 mm和92 mm，围岩变形满足回采巷道的使用要求。

3.2 效果分析

为分析9105进风巷围岩控制效果，巷道掘进期间对表面位移进行了监测，根据监测数据绘出巷道表面位移曲线，见图3。

图2 9105进风巷支护示意(mm)

图3 巷道表面位移监测曲线

4 结 语

根据新元煤矿9105工作面进风巷大断面松软围岩特征，基于高强预应力锚杆支护原则，确定了锚杆(索)支护的各项参数，现场实施后，根据巷道表面位移监测结果，巷道围岩变形得到了有效控制，效果良好，满足了巷道的正常使用要求。