白少锋 席可峰
义煤集团宜阳义络煤业有限责任公司修护队 河南省洛阳市宜阳县 471600
摘要：随着矿井开采深度的增大，巷道围岩的应力逐步加大，顶底板赋存厚度、瓦斯和水文条件也愈发复杂，给巷道的安全施工和稳定支护带来极大难度。其中，开切眼断面大，跨度大，设备安装运营的低变形要求高，一直是支护研究的重点内容。基于此，本文将对深井复杂条件切眼巷道锚网索支护技术进行分析。
关键词：深井复杂条件；切眼巷道锚网索支护技术；实践
1 深井复杂条件切眼巷道锚网索支护技术概述
深部区域受埋深、地质构造与采掘活动影响，围岩应力分布、顶底板岩性与浅部相比差异明显，局部构造分布也较为密集，导致开切眼支护安全受到极大影响。为满足设备安装中的运输、通风、行人要求，亟需开展锚网索支护技术升级优化。常规29U支架支护因被动支护的强度低，巷道损坏变形严重，切眼套修量大，后续安装进度受到极大影响。可见，深井复杂条件下，以大断面、大跨度为特征的切眼巷道支护是业内研究热点，相关单位探索了预紧锚索、锚网喷、注浆锚杆索、锚喷联合U型钢支架等技术和联合支护方案，在局部工程取得了较好的技术效果。然而，不同的地质条件下，顶底板层位构成、水化性质、岩性强度等差异较大，巷道的变形破坏特征有较大差异，支护方法和参数也不尽相同。因而，针对范各庄工程实际，分析查明巷道的破坏机理，确定支护设计原则，技术实践工程适用的锚网索支护参数，将为切眼支护技术提供范例和借鉴。
2 巷道施工工艺
2.1 锚杆支护施工工艺流程
锚杆应紧跟掘进工作面及时支护。锚杆支护施工工艺流程为：掘进出煤，铺、联金属网，临时支护，上钢筋托梁或钢带，钻顶板中部锚杆孔、清孔，安装树脂药卷和锚杆，用锚杆钻机搅拌树脂药卷至规定时间，停止搅拌并等待规定的时间，拧紧螺母达到锚杆设计预紧力。从中部向外依次安装其他顶板锚杆。帮锚杆的施工步骤与顶锚杆基本相同。
锚杆支护施工工艺中，钻孔、搅拌树脂药卷与拧紧螺母为主要工序，其他可作为辅助工序。而这两个工艺中，辅助工艺的优化空间不大，锚杆支护工艺的优化主要从锚杆施工的主要工序进行。途径主要就减少支护时间，提高安装速度，合理安排各个工序，进行施工工艺优化。以锚杆施工主要工序：钻孔、搅拌树脂药卷与拧紧螺母为主线，在考虑辅助工序先后的基础上，尽量使辅助工序与主要工序平行作业，合理利用工时，缩短总的支护时间。
为了提高锚杆支护速度，在巷道断面尺寸允许的条件下，应配置两台、甚至多台锚杆钻机同时作业；同时尽量安排顶板锚杆与帮锚杆同时作业。
2.2 锚索施工工艺
与锚杆相比，锚索具有深度大、强度大、可施加较大预紧力的特点。树脂锚固锚索的施工很多方面与锚杆类似。
锚索应紧跟掘进工作面及时支护。锚索支护施工工艺流程为定锚索孔位，钻进锚索钻孔、清孔，往钻孔内装入树脂药卷，用锚索头部顶住树脂药卷并送入孔底，升起钻机并用搅拌器连接钻机和锚索尾部，开动钻机搅拌树脂药卷至规定时间，停止搅拌等待规定时间后收缩钻机卸下搅拌器，等待10-15min，套上托盘安装锚具，用张拉设备张拉锚索到设计预紧力。锚索支护施工工艺中，钻孔、搅拌树脂药卷与张拉为主要工序。
3 大断面、大跨度切眼巷道支护机理
3.1 围岩破坏机理
深井复杂切眼巷道的破坏机理为大跨度的巷道支护抗力不足，而复合的层状岩板下位受拉、层间粘结剪应力低是结构失稳的客观原因。
巷道开挖后围岩的原岩应力平衡状态被破坏，浅表区由三向应力状态调整为二向或低围压三向应力状态，其自稳能力受到削弱，局部应力集中作用下围岩破坏，进而导致锚固失稳的发生，巷道安全受到极大威胁。
而切眼巷道因跨度大，层状顶板条件下岩层的复合顶受力大，拉应力高，离层断裂破坏更为典型。在深井切眼支护工程中，传统应用29U支架较多，被动支护的抗力仅为0-1~0-2MPa左右，远小于岩石力学等效圆孔开挖理论计算的稳定支护抗力。因此，深井复杂切眼巷道的破坏机理为大跨度的巷道支护抗力不足，而复合的层状岩板下位受拉、层间粘结剪应力低是结构失稳的客观原因。
3.2 支护原则
锚杆索主动支护技术较之29U支架被动支护，利于补强大跨度层状顶板和提升层间抗剪，形成由锚杆、锚索嵌入抗剪和增阻锚固结构，是切眼巷道支护方法的首选方法。采用“锚杆+锚索+钢带+托梁”构成强力锚杆和锚索支护技术，较好地解决了范各庄煤矿深井切眼巷道的变形失稳技术难题，实现了锚固体效能的高效发挥并留有储备，确保了巷道的运营安全，为相似工程条件提供了范例。
3.2.1整体性原则
确保支护构件和支护围岩共同作用，当围岩应力达到峰值前，支护强度匹配发挥。煤岩有害失稳变形因受到支护作用得到抑制，构成围岩与支护的锚固共同体，使支护和围岩形成的复合体协同支护，呈现出较大的抗变形能力。
3.2.2联合支护原则
随着开采深度的不断增加，大跨度切眼其围岩稳定性差，跨度大，变形大，矿压显现越发明显，支护与围岩相互间的关系比较复杂，大断面切眼巷道采用单一支护强度不足，难以有效控制围岩体变形。因此，采用联合支护、多种支护方法地强度耦合与协同作用。
3.2.3及时支护原则
巷道开掘后，改变了巷道围岩的应力状态，顶板容易离层失稳，顶板中部易出现拉应力区产生拉伸破坏，同时复杂工程的巷道围岩不能自稳，其变形和位移将会造成帮顶冒落，给施工安全和运营维护带来威胁。因此，必须对揭露顶帮进行及时支护，控制松散破碎围岩向深部发展，从而发挥初期支护的促稳作用，实现锚固体的稳定承载。
3.3 支护结构
3.3.1支护结构
根据切眼巷道变形与受力分析，参照围岩控制原理及支护原则，确定采用锚、梁、网、索联合支护技术更为合理。该结构将锚杆和锚索支护力联合调动，以托梁大刚度实现高护表强度的发挥，利于对层状大跨度顶板的局部强力补强和层间抗剪力的大幅提升，从而形成由锚杆、锚索嵌入抗剪和增阻的锚固受载结构，限制围岩松动圈的扩展，以实现巷道稳定支护目的。
3.3.2支护机理
锚杆作用控制锚固区围岩离层、滑动、裂隙张开、新裂纹产生等扩容、不连续变形破坏，初锚力和工作锚固力均使围岩处于受压状态，抑制围岩弯曲变形、拉伸与剪切破坏，保持锚固区围岩完整性，避免围岩强度降低。在锚固区产生较大的压应力区，形成预应力承载结构，阻止锚固区外岩层产生离层，改善围岩部应力分布。锚索将锚杆承载结构与深部围岩相连，与锚杆有效压应力区连接、重叠，形成更大范围的骨架网状结构，利于消除或减小锚杆端部的拉应力区，调动锚固体的抗压强度。因深井开切眼服务周期短，巷道工程要求尽量实现一次支护有效控制围岩变形，避免二次套修维护。
4 结束语
深井复杂条件下，回采工作面切眼巷道因断面大、跨度大成为支护难题，长期困扰生产矿井。分析大断面和大跨度巷道的破坏机理及支护原则，分别设计锚网索支护参数，通过采用顶板离层仪观测与十字测线位移观测及锚杆索测力计的监测手段，得出锚网索支护的巷道变形规律，采用“锚杆+锚索+钢带+托梁”构成强力锚杆和锚索支护技术，解决范各庄煤矿深井切眼巷道的变形失稳技术难题，满足设备安装中的运输、通风、行人要求，实现锚固体效能的高效发挥，实现了巷道的安全运营，为类似工程提供借鉴。
参考文献：
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