B060206 深部高应力围岩碎裂巷道支护技术.doc

深部高应力围岩碎裂巷道支护技术
惠功领胡殿明
【天安煤业（集团）公司十二矿，河南平顶山467013】
摘要介绍平顶山天安十二矿深部高应力围岩碎裂巷道稳定机理与控制技术应用研究过程及取得的效果。
关键词深井围岩稳定性联合支护
1试验巷道概况
平顶山天安煤业十二矿是一个具有近五十年开采历史的老矿井，目前已进入三水平开发，三水平埋藏深度870～1000m。开采深度增加带来了越来越多的支护难题。三水平西翼回风下山布置在己15煤层中，煤层厚度3.5～3.8m，倾角20～24°。煤层顶板有一层厚度0.8～1.4m的伪顶，开巷后自稳时间短，极易风化破碎；直接顶为层理和节理发育的深灰色砂质泥岩，厚3.4m；两帮为己15煤；底板为己15煤和灰色泥岩。巷道围岩的稳定性较差，极易风化变质，从而表现出极差的力学性能。岩层地质柱状图详见图1。
该巷道原设计为矩形断面，采用高强度螺纹钢锚杆、金属网、钢筋梯、喷射混凝土和预应力锚索联合支护。围岩由于顶板岩层已沿巷道走向形成明显的剪切断裂，金属网和钢筋梯无预应力，不能及时控制顶板的断裂变形和离层。因顶板破坏而无法形成有效的连续梁结构，锚索仅起到局部悬吊作用，大大影响了锚索支护效果。
由于巷道底板和底角为煤体和泥岩，在风化和水的作用下围岩破碎和泥化、软化现象严重，造成顶板和底角围岩出现膨胀和碎涨变形，从而产生显著的塑性流动变形，使巷道出现两帮下沉和内挤、顶板发生离层，进而影响巷道整体的稳定。
自2002年开始施工的近600m巷道不得不重新进行密集棚支护，造成重复投入，严重影响了接替工期，也给安全生产埋下了隐患。为此我们2002年开始和中国矿业大学合作进行大埋深、高应力、碎裂围岩巷道稳定机理与控制技术应用研究。
2深井支护理论分析及方案设计
在工程设计之前进行松动圈测试。测试结果表明，顶板围岩松动圈厚度为142～170cm，两帮煤层松动圈厚度为130～165cm。该巷道围岩介于Ⅲ类一般稳定围岩与Ⅳ类一般不稳定围岩（大松动圈）之间。根据围岩松动圈实测结果，考虑到己七回风下山服务年限长，确定运用“控顶卸压”原理和配套的锚网、锚索和锚注组成的“三锚”支护技术，解决这类巷道围岩高应力的释放问题及合理地加强两帮和底角煤体的支护，以保证巷道支护结构的整体稳定，其技术关键有三。
采取合理的控顶卸压（即小断面掘进，滞后进行刷大处理，钻卸压孔等）措施。由此既让围岩中的高应力得到释放，又尽量减少围岩的松动破坏范围，为实施锚网和锚索主动支护创造有利条件。
依序实施锚网、锚索（锚索桁架）和锚注加固技术，形成了一套完整的“三锚”支护技术。由此较好地适应围岩的地质和施工条件，实现在复杂条件下应用主动支护技术，充分发挥围岩的自承载能力，大大提高支护结构的承载能力和适应性。
通过对巷道的底角进行加强支护提高底板岩体的承载力，有效控制巷道的底臌，保证巷道支护结构的整体稳定。
3试验巷道支护参数设计
3.1断面形状的选择
巷道为矩形断面，净断面宽×高为3.6×3.0（m），荒断面宽×高为3.8×3.1（m）。考虑到开巷后的大松动圈围岩变形，预留两帮围岩变形量100mm，则巷道净断面宽×高为3.8×3.0（m）。
3.2支护参数
3.2.1超前小断面巷道掘进与顶板支护参数
超前掘进的小断面巷道宽度控制在2500mm左右，掘进高度3100mm，循环进尺控制在1400mm左右。
顶板采用左旋无纵筋螺纹钢锚杆，直径20mm、长2200mm，间排距为700×700（mm）。锚杆孔径为28mm，树脂锚固剂卷端头锚固。在巷道顶板的两个拐角处的锚杆改用高强螺纹钢锚杆，直径20mm、长2400mm，与顶板呈60～75°角。铺设的金属网采用8#或10#铁丝编织的经纬网，规格为3600×1500（mm），网格为50×50（mm）。钢筋梯用直径16mm的圆钢制作，规格为3600×60（mm）。巷中预应力锚索直径15.24mm、长7500mm，排距为2100mm，树脂锚固剂卷端头锚固。
3.2.2两帮支护参数
刷帮的滞后时间根据两帮煤体的爆裂时间确定，滞后小断面掘进面10～15m左右。刷帮后的总宽度3800mm，每帮刷700mm。两帮螺纹钢锚杆直径20mm、长2200mm，间排距为750×700（mm），树脂锚固剂卷端头锚固。最上部锚杆分别向上倾斜30°，而最下部的锚杆需分别向下倾斜15°左右。金属网规格为3000×900（mm）；钢筋梯规格为2550×60（mm）。
两帮实施锚网支护的同时施工卸压孔，每帮布置一个卸压孔，孔径89mm，排距约700mm左右，孔深8～10m。将巷道表层围岩中的高应力转移至深部，有利于巷道支护结构的稳定。
两帮煤体还要采取注浆加固。首先在巷道的两帮钻孔安装注浆锚杆。初注注浆锚杆的间排距可确定为900×2000（mm），用1卷树