陕西陕煤澄合矿业有限公司西卓煤矿 陕西渭南 715300
摘要：一采区胶带大巷布置在5号煤层中，5号煤层为极软煤层，采用“三高”锚杆支护技术后巷道变形得到较好控制，取得良好的技术经济效果，后期应用过程中严格控制施工质量、增加护表措施后，进一步加强了支护与围岩的相互作用效果，提高了支护体系的整体承载力。
关键词：极软煤层 高强锚网索 收敛变形观测
一、工程地质与水文地质条件概况
某矿一采区胶带大巷沿5号煤层底板掘进，沿煤层倾向布置，直接底为K3石英砂岩，平均厚度6.8m；直接顶为泥岩、细砂岩，平均厚度5.6m。5号煤层上距4号煤层平均5.6m，4号煤平均厚度0.8m，4号煤直接顶为K4砂岩顶板，平均厚度5.8m。5号煤普氏硬度0.3，4号煤普氏硬度0.8，巷道涌水量一般5—20m³/h。
二、支护优化设计思想
针对一采区胶带大巷实际情况，采取强化控制技术思想，其内涵为“一优化三强化”。“一优化”指调整巷道位置、层位和锚杆支护对巷道围岩微观应力场的改善和优化，“三强化”指强化锚杆承载性能、强化围岩体强度、强化围岩承载结构。
（一）优化巷道围岩微观应力场
在巷道位置已定即巷道周围宏观区域应力场已确定的情况下，只有从巷道所处的周围岩层环境中去降低其应力强度，即从微观应力场的角度改善巷道周围岩层的应力强度，使巷道处于相对有利的维护环境。优化巷道围岩特别是两帮的应力环境，促使围岩由两向应力状态向三向应力状态转化，要达到这一效果，只能通过支护手段改善这个微观应力场。研究表明，巷道周围岩体相对破碎，采用超强锚杆通过施加高预应力及高刚度附件，是有效改善微观应力场的最有效手段，锚杆支护使得上覆岩层的载荷向巷帮两侧深部传递，同时有力平衡了水平应力对顶底板的剪切作用。
（二）强化锚杆的承载性能
强化锚杆的承载性能即通过提高锚杆的力学性能，改善锚杆的结构；改善锚杆的承载性能，便于施加高预紧力并改善锚杆的增荷特性，形成有效的初始支护强度，实现高阻让压约束围岩变形，阻止围岩破坏。强化锚杆的承载性能主要包括3个方面：①锚杆的高预拉力；②高刚度的附件；③超高强的材料。通过提高锚杆的力学性能，改善锚杆的结构、提高锚杆的承载性能，便于施加高预紧力并改善锚杆的增荷特性，形成有效的初始支护强度，实现高阻让压约束围岩变形，阻止围岩破坏。
（三）破裂围岩体强度强化
在高地应力作用下，开掘导致的应力状态转化过程中(由三维向二维转化)巷道低强度岩体大范围破坏，同时巷道轴向约束并未因开挖而产生较大改变，这就导致了破裂岩体向巷内自由面变形，破裂后围岩主要受结构面控制，表现为沿结构面向低约束方向的滑移，因此巷道易发生顶帮冒落和底鼓。另一方面破裂岩体在低围压下强度低、变形大，对深部围岩的约束压力也较小，高地应力或动压作用下深部岩体进一步破坏，形成渐进破坏的动态循环，变形持续扩大，因而破裂岩体性质决定了高地应力软岩巷道的大变形特征。
只有对浅部低围压破裂岩体进行有效加固，才能提高巷道围岩的承载能力，控制围岩变形。通常采用锚杆和注浆两种加固方式。
（四）围岩承载结构强化
围岩承载结构的强化在于首先保证巷道顶板的安全，具体实施表现在对巷道肩角、两帮、底角等关键部位的加强支护。此外，通过优化巷道断面形状可以适应、抵消部分地应力。
一般而言，在巷道顶板的中部位置和两帮中上部位置，是受力最集中的区域，容易受水平应力和垂直载荷的影响而出现破坏，因此巷道围岩控制要通过支护手段强化巷道围岩承载结构，使围岩结构协调均衡承载，增加支护与围岩之间的协调性。具体包括：顶板的安全控制；弱化区的补强：针对层状岩体不均衡性产生的弱化区(包括含弱面或软弱夹层、帮角岩体破坏区、软弱煤体、开放的底板等)补强；关键承载区的加强：促成支护围岩整体承载结构的形成或强化，以多层次的联合支护来实现支护体和围岩间的主动和动态的相互作用。
三、巷道支护优化采用的基本手段
根据现场调研和初步分析，一采区胶带大巷应高度重视对顶部煤岩层的控制和处理，强化两帮及底角支护。因此，一采区胶带大巷围岩控制应采取的总体支护方案为：强化顶部煤岩层顶板的安全保障，强化帮部围岩变形控制，提高帮部围岩的承载性能。
(1) 顶板高强预应力锚带网索支护：巷道顶板采用“三高”锚杆、T型或M型钢带、金属网联合长锚索控制煤岩层顶板。
(2) 两帮高强预应力锚带网索和钢绞线预应力桁架支护：两帮采用“三高”锚杆、T型或M型钢带、金属网或钢筋网联合预拉力桁架或锚索梁支护。
四、支护参数优化设计
一采区胶带大巷设计半圆拱断面，毛断面20.86m2,净断面18.32m2，掘高4540mm，掘宽5240mm，墙高1920mm，喷厚120mm。由于原巷道支护设计采用普强锚网索喷支护，在成巷后巷道顶板下沉、两帮收敛、底板鼓起较为严重，不能满足安全使用要求，巷道维修量大。在此背景下，在“三高”锚杆支护技术的指导下，进行了巷道支护设计优化与试验，试验段长200m，采用锚网索喷支护，喷射砼厚度120mm，强度C20，锚网索支护参数如下：
锚杆采用MG500左旋无纵筋螺纹钢，Φ22×2500mm，间排距800×800mm，矩形布置。每根锚杆使用2卷锚固剂锚固，K2335型、Z2360型锚固剂各1卷。锚杆托板：选用Q235钢板，L×B×H=150×150×10mm。锚固力120KN，每根锚杆预紧力矩不小于300N•m，锚杆垂直于巷道轮廓布置。
锚索采用φ18.9mm，L=8300mm钢绞线；每根锚索使用K2335型1节、Z2360型2节树脂锚固剂。锚索间排距：1200×1600mm，5+5布置，托盘规格：Q235钢板L×B×H=300×300×16mm。锚索锚固力不小于150KN。备用φ18.9*10300mm锚索于顶板煤层较厚情况。
钢筋网采用Φ6.5圆钢焊接而成，网片规格1000×2000mm，网格100×100mm，压茬连接，搭接长度不小于100mm，要求在节点处用双股14#铁丝扭扎固定连接，逢孔必联。
五、矿压观测
巷道表面位移和围岩变形速度是检验巷道支护效果和巷道稳定状况最直观的指标，主要观测项目如下：
1.顶板离层：深基点7750mm、浅基点2450mm，试验段巷道每50m安设一组顶板离层指示仪。
2.巷道表面位移：采用十字布点法，试验巷段间隔50m设测站，共设3个测站，每个测站布置3组观测点。
3.锚杆受力：试验段巷道每50m安设一组锚杆测力计；每一个测站顶部安设3个（正中1个，拱肩各1各），两帮各1个。
通过为期45天的观测，测点顶底位移量最大45mm，平均33mm；顶板下沉移近量最大39mm，平均26mm；底板鼓起移近量最大31mm，平均19mm；两帮移近量最大42mm，平均26mm；左帮移近量最大25mm，平均16mm；右帮移近量最大23，平均14mm。在观测期间，围岩变形较小，巷道围岩基本处于稳定状态，说明超高强锚杆、高预应力锚索能够有效控制巷道变形。
六、结语
根据矿压观测结果和现场应用实际情况，施工中必须严格严格控制巷道基岩掘进时的巷道成型，严格控制超挖欠挖，锚杆施工过程中严格控制锚杆施工质量，尤其是锚杆角度、扭矩、间排距。试验段结束后，在前期支护参数基础上，加强了护表措施，顶部、帮部使用了M5型钢带，更加有利于控制巷道收敛变形，具有良好的技术经济效果。
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