枣泉煤矿12208工作面运输巷支护优化设计

摘要：针对枣泉煤矿12208工作面运输巷设计断面较大，且煤层倾角大，顶、底板均为炭质泥岩的不利情况，采用一次支护方式和施工方法，多次试验优化支护方式，最后选用一组锚索绗架间隔一排三根单点锚索支护的锚索支护方式，锁具与锚索托梁之间加垫让压环，有效的控制了巷道顶板离层和锚索破断现象，从而得到了巷道的合理支护方式，结果也证明在12208工作面回采巷道采用一组锚索绗架间隔一排三根单点锚索支护形式、锁具与锚索托梁之间加垫让压环是最合理的。
关键词：巷道断面 优化设计 锚索 让压环

1 工程概况

12208综放工作面为2#煤层的第一个大倾角工作面，直接顶为2.54m～4.09m炭泥岩，层理发育，纵向节理比较发育，岩石f=2～4，岩体不具备较好的稳定性。它的上面是大约为2米的细粒砂岩与粉砂质泥岩互层，顶板不难导致离层的情况。在他的上面是较厚层状的砂岩，具有良好的赋水性。煤层厚度7.8～8.3m。架设“一梁三柱”段有淋水，这样就很可能会导致顶板膨胀离层、掉顶等情况的发生。直接底为泥岩（颜色呈灰色，致密，见植物根部化石）、炭质泥岩（黑色～褐黑色，质地比较脆，容易破碎）。老底是砂质泥岩，颜色为深灰～灰黑色，致密，质地比较脆，上部见植物化石碎片。这个工作面的运输巷断面是5.3m×3.2m，可以看成是大断面煤巷掘进。原巷道支护方式为锚杆、钢筋网、钢带、锚索绗架支护，图1向我们展示了锚杆、锚索布置方式。顶板8根锚杆，左右帮4根锚杆。锚杆布置参数：顶锚杆锚杆为φ20×2500mm无纵筋左旋螺纹钢锚杆，锚杆为采用一节Z2370和一节Z2335树脂药卷全锚，间、排距743×800mm；帮部锚杆为φ16×1600mm圆钢锚杆，采用一节Z2370树脂药卷端头锚固，锚杆密度800×800mm；并用双排φ16圆钢焊接的钢带相连。锚索为φ17.8×8000mm预应力钢绞线，间排距为2000×2400mm，采用三节Z

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2370树脂药卷锚固。按照原方案支护时，因为顶板性脆，在巷道下帮侧顶板出现了沿巷道轴向的裂缝，这些裂缝中，最宽的有3厘米到5厘米左右，长度第1次为12m、第2次为4～6m；顶板下沉量大，出现断锚索现象，这样就只能用架设“一梁三柱”支护。增加了支护成本的同时，还造成一定的施工风险，延长施工进度。

2 破坏原因分析

2.1 高复合应力
以枣泉煤矿为例，其埋深大于370m，自重应力大于10MPa而小于13MPa；通过监测顶板应力情况发现，顶部压力有的地方能达到35MPa，这说明巷道围岩具有高复合应力；岩体强度大约在1MPa到2MPa之间，不具备较好的围岩自承能力。该矿井巷围岩之所以会发生变形破坏，在很大程度上就是由于高复合应力、围岩强度不高等这些情况造成的。

2.2 围岩膨胀性矿物含量大

围岩中的膨胀性粘土矿物很多，这样就很容易导致风化潮解，不具备良好的水稳定性，因为顶板渗水，巷道围岩吸水风化，膨胀性非常强，不具备良好的水稳定性，挖巷道时，围岩容易吸水风化，这样就会使其强度减小很多。

2.3 锚索支护没有让压间隙

在锚索受到高复合应力作用、围岩膨胀、顶板离层时没有让压间隙将集中的高应力缓冲掉是锚索被拉断的主要因素。

3 让压锚索支护特点

针对当前枣泉煤矿软岩巷道破坏性强、返修量大、维护难，在加强支护密度的同时还采用一种新型软岩巷道支护技术——让压锚索支护技术。该技术充分考虑了其它软岩巷道支护形式的不足，并通过让压环减小了锚索受拉应力时延展率，使锚索在受力后有一定的让压间隙，使其能大幅度地吸收高应力软岩的大变形，使锚索在收到拉应力后不被拉断，并且还不减弱锚索支护强度。在复杂的软岩支护中，该技术取得了很好的效果。

4 支护优化设计及现场应用

在保证巷道行人、行车安全间隙后将巷道断面调整为5.0m×3.2m，同属于大断面煤巷掘进。巷道支护方式为锚杆、钢筋网、钢带、锚索绗架间隔一排三根单点锚索支护，锚杆、锚索布置方式如图2所示。顶板7根锚杆，左右帮4根锚杆，锚杆密度800×800mm；并用双排φ16圆钢焊接的钢带相连。锚索为φ17.8×8000mm预应力钢绞线，一排锚索绗架间隔一排单根单点锚索布置，间距如图2所示，排距1600mm，并且在锁具与锚索托梁之间加垫让压环。

5 支护效果

通过长时间的观测12208工作面运输巷设置测点，两个月后发现，有效的改善了围岩的大地压、大变形，同时还有效地解决了大断面软岩巷道支护问题（图3）。图中的巷道顶板离层位移曲线给我们提供了一些相关的信息：锚索让压支护后的三到五天，围岩将发生不稳定的变形，其幅度也不小，而且会表现出一定的规律性；过了七天后，围岩离层大体上就稳定了，并且越来越稳定；十五天后围岩基本稳定。
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图3 顶板移近累积位移曲线
6 结论
通过对高应力强膨胀节理化复合型软岩巷道工程地质特征、巷道变形破坏状况，确定了软岩巷道变形力学机制，并通过先进技术将高集中应力通过让压环释放掉一部分。经过长时间的对矿压进行观测以及现场监测，结果发现此支护效果不错。目前，我们在浅部运用的支护理论及相关的技术，已经不能很好的应用于深部软岩巷道，但是需要强调的是锚索让压支护先进技术，在解决深部复杂的软岩巷道支护困难方面，表现出较好的效果。
参考文献：
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5.No4.

侯朝烔，柏建彪，张农.困难复杂条件下的煤巷锚杆支护技术[J].岩土工程学报2001（1）.84-88.
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