李偉清++鄧小林++卞景強(qiáng)++李農(nóng)

摘 要：東灘煤礦1306軌道順槽為綜放大斷面厚頂煤巷道，回采過程中頂板離層量大，部分地段發(fā)生過大面積錨桿、錨索破斷現(xiàn)象，巷道兩幫出現(xiàn)明顯的剪切滑移大變形，幫頂基角處破壞嚴(yán)重。本文基于綜放大斷面厚頂煤巷道圍巖破壞特征，分析其主要影響因素：上覆圍巖裂隙發(fā)育存在明顯不穩(wěn)定的軟弱夾層、區(qū)內(nèi)應(yīng)力異常、前期支護(hù)不合理等；提出高預(yù)緊力錨桿索協(xié)同強(qiáng)化控制原理及技術(shù)，關(guān)鍵在于頂板高性能錨桿預(yù)應(yīng)力支護(hù)技術(shù)、高幫部桁架支護(hù)技術(shù)、幫頂基角“斜拉”錨索梁支護(hù)技術(shù)等，較好解決了綜放大斷面煤巷支護(hù)技術(shù)難題，回采期間斷面收縮率控制在30%以內(nèi)，為工作面安全高效回采提供了必備條件。

關(guān)鍵詞：厚頂煤 綜采 大斷面 協(xié)同支護(hù) 高預(yù)緊力

中圖分類號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（c）-0072-04

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤炭開采規(guī)模也迅速擴(kuò)大，為滿足礦井運(yùn)輸、通風(fēng)等安全高效生產(chǎn)的需要，巷道斷面不斷加大。加之近年我國(guó)煤礦開采條件日趨復(fù)雜，深井大斷面厚頂煤巷道由于其跨度比較大，兩幫、頂板為煤層，巷道圍巖強(qiáng)度較低，尤其還要受采動(dòng)的影響，圍巖變形量和破裂范圍都很大，嚴(yán)重影響礦井的安全高效生產(chǎn)[1～3]。此類巷道采用錨桿支護(hù)技術(shù)時(shí)表現(xiàn)為圍巖變形量大、頂板安全狀況差兩大特點(diǎn)，特別是高煤幫在高應(yīng)力作用下極易出現(xiàn)剪切滑移失穩(wěn)，支護(hù)體系時(shí)常發(fā)生破斷、撕裂等現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)大面積支護(hù)失效[4～6]，成為制約綜采（放）工作面產(chǎn)量的最主要因素。本文以東灘煤礦深井高應(yīng)力、大跨度、復(fù)雜厚頂煤煤巷為工程背景，系統(tǒng)分析大斷面巷道圍巖失穩(wěn)的關(guān)鍵因素及變形規(guī)律，提出科學(xué)合理的控制對(duì)策，有效地解決了該類巷道支護(hù)難題。

1 綜放大斷面巷道圍巖特征及支護(hù)難點(diǎn)

1.1 巷道圍巖特征

1306綜放工作面煤層厚度8.61～9.40 m，平均9.01 m，煤層穩(wěn)定，3煤底板之上2.98～3.80 m，含一層泥巖夾矸，厚0.30～0.80 m，f=3～4；煤層具體情況見圖1綜合柱狀圖。

1.2 支護(hù)難點(diǎn)分析

（1）區(qū)內(nèi)應(yīng)力異常。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，試驗(yàn)巷道1306軌道順槽曾發(fā)生大面積錨桿、錨索破斷現(xiàn)象。通過破斷錨索照片可以看出，破斷處有明顯徑縮現(xiàn)象，并且鋼絞線出現(xiàn)彎曲變形，可知錨索除承載頂板垂直應(yīng)力外，同時(shí)受水平方向應(yīng)力作用后圍巖扭曲錯(cuò)動(dòng)，對(duì)錨索造成橫向剪切力破壞，錨索在承受垂直拉力及水平剪切力的共同作用后發(fā)生頻繁破斷現(xiàn)象，圖2所示。

由于受高應(yīng)力影響，特別是高水平應(yīng)力作用，煤層巷道高煤幫出現(xiàn)水平剪切滑移變形甚至是剪滑失穩(wěn)的狀況[7]，兩幫出現(xiàn)向巷道中間整體移動(dòng)，如圖3所示。

（2）頂板結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

上覆圍巖裂隙發(fā)育，存在明顯不穩(wěn)定的軟弱夾層。通過鉆孔窺鏡觀測(cè)圍巖情況圖4所示，巷道頂板以上2.5～2.8 m范圍含一層3上煤標(biāo)志層夾矸，圍巖破碎、離層，窺鏡觀測(cè)有明顯塌孔、離層現(xiàn)象；另外在以上5～5.5 m范圍3上煤頂板煤巖結(jié)合面處有明顯圍巖破碎、離層現(xiàn)象。這些軟弱夾層的存在導(dǎo)致支護(hù)參數(shù)和強(qiáng)度不合理時(shí)極易出現(xiàn)離層，甚至頂板大面積下沉，從而引發(fā)錨桿、錨索破斷現(xiàn)象。

（3）前期支護(hù)不合理。

①頂板錨桿長(zhǎng)度偏短。巷道實(shí)際掘進(jìn)寬度達(dá)到5.6 m，且頂板2.5 m～2.8 m位置有明顯的軟弱夾層，而頂板錨桿長(zhǎng)度僅為2.4 m，使得錨桿錨固區(qū)邊緣無法有效控制，錨固區(qū)未予圍巖形成整體結(jié)構(gòu)，錨桿錨固區(qū)整體下沉，錨桿未發(fā)生明顯破壞，反而引起了頂板深部錨索大面積破斷[8～9]。

②頂板錨索位置過于靠近頂板中央，不利于控制頂板離層。錨索支護(hù)作用是在錨桿錨固區(qū)承載基礎(chǔ)上進(jìn)一步擠壓組合加固頂板，而單純靠錨索去懸吊錨桿錨固區(qū)不太現(xiàn)實(shí)，現(xiàn)場(chǎng)大面積錨索破斷就已經(jīng)證明了這點(diǎn)。

③幫部煤體支護(hù)整體性偏弱，無法形成頂板穩(wěn)定承載基礎(chǔ)。由于巷道高度較大，雖煤體硬度尚可，但僅施工5根單體錨桿與金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)的形式，未形成整體護(hù)表結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度偏低，使頂板承載結(jié)構(gòu)失去了穩(wěn)定基礎(chǔ)。

④錨桿支護(hù)與錨索加強(qiáng)支護(hù)作為主要承載系統(tǒng)沒有實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)變形，錨索強(qiáng)化作用未發(fā)揮。通過已掘巷道錨桿、錨索讓壓管變形情況觀測(cè)，錨桿讓壓管基本未發(fā)現(xiàn)變形現(xiàn)象，應(yīng)力集中區(qū)域主要是錨索破斷；通過窺鏡觀測(cè)結(jié)果得出，圍巖破碎離層帶主要集中在頂部錨桿端頭上方，超出了錨桿錨固范圍。錨桿系統(tǒng)沒有發(fā)揮其作用，大部分壓力都由錨索系統(tǒng)承擔(dān)，但效果很差。

2 綜放大斷面巷道圍巖強(qiáng)化控制原理及技術(shù)

2.1 強(qiáng)化控制原理

隨著支護(hù)材料、機(jī)具及工藝的進(jìn)步，高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力樹脂錨桿支護(hù)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外獲得廣泛的應(yīng)用，就是以錨桿桿體材料和樹脂錨桿技術(shù)、施工機(jī)具的進(jìn)步為基礎(chǔ)，實(shí)踐證明在不斷探索軟巖支護(hù)機(jī)理的同時(shí)，通過支護(hù)手段的創(chuàng)新、升級(jí)常?？梢越鉀Q很多實(shí)際問題。強(qiáng)化支護(hù)技術(shù)體系包括三個(gè)方面[10～12]。

（1）強(qiáng)化錨桿自身承載能力：高性能預(yù)拉力錨桿向超強(qiáng)錨桿方向發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、高剛度、高預(yù)緊力和高可靠性。超強(qiáng)的錨桿桿體、超大的托盤、超大扭矩阻尼的螺母是提高錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)承載性能的關(guān)鍵，要配以氣動(dòng)扳機(jī)實(shí)現(xiàn)50～100 kN的預(yù)緊力，并能夠保持長(zhǎng)時(shí)高荷載的工作狀態(tài)。

（2）強(qiáng)化被錨固圍巖強(qiáng)度：錨桿支護(hù)可以提高錨固體破壞前和破壞后的力學(xué)參數(shù)，改善被錨固體的力學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同形態(tài)及破裂程度的巖體強(qiáng)度的直接提高；通過提高徑向應(yīng)力及應(yīng)力在徑向的增加速度，促使圍巖由二向應(yīng)力狀態(tài)向三向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到提高圍巖強(qiáng)度的目的；通過注漿提高破裂巖體的強(qiáng)度和整體力學(xué)性能。

（3）強(qiáng)化圍巖承載結(jié)構(gòu)：針對(duì)層狀賦存特點(diǎn)、巖體不均衡性產(chǎn)生的弱化區(qū)補(bǔ)強(qiáng)，促成圍巖承載結(jié)構(gòu)的形成或強(qiáng)化，包括含弱面或軟弱夾層的頂板離層控制，以及對(duì)幫角巖體破壞區(qū)、軟弱煤體、開放的底板等采取加固措施。endprint

2.2 強(qiáng)化控制技術(shù)

在錨桿、錨索協(xié)同強(qiáng)化支護(hù)系統(tǒng)中，預(yù)應(yīng)力是重要參數(shù)，對(duì)錨桿施加合理大小的預(yù)應(yīng)后，層狀頂板可能會(huì)形成頂板預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)或者組合梁結(jié)構(gòu)，提高巷道圍巖的穩(wěn)定性。再利用預(yù)應(yīng)力錨索的協(xié)調(diào)作用，將巷道周邊的集中應(yīng)力向深部圍巖轉(zhuǎn)移，從而調(diào)動(dòng)深部穩(wěn)定圍巖控制淺部破碎圍巖。避免錨桿、錨索單獨(dú)承載，才能達(dá)到協(xié)同支護(hù)的效果，頂板錨桿預(yù)緊力矩應(yīng)不小于400 N·m，幫錨桿預(yù)緊力矩應(yīng)不小于300 N·m。

（1）頂板高預(yù)緊力錨桿索：及時(shí)給錨桿或其它支護(hù)構(gòu)件以很高的張拉力，并傳遞到層狀頂板，使頂板巖層在水平應(yīng)力作用下處于橫向壓縮狀態(tài)，形成“剛性化”的壓力自撐結(jié)構(gòu)，從而阻止高水平應(yīng)力對(duì)頂板圍巖體的破壞，消除或大大減緩弱面離層現(xiàn)象，同時(shí)減緩兩幫圍巖的應(yīng)力集中程度和巖體破壞現(xiàn)象，從根本上維持圍巖穩(wěn)定。

（2）幫部高預(yù)應(yīng)力錨索梁（桁架）：在幫部采用桁架支護(hù)技術(shù)，以頂?shù)捉菄鷰r的相對(duì)穩(wěn)定區(qū)作為錨固點(diǎn)，對(duì)幫部圍巖主動(dòng)施加橫向約束，控制幫部淺部巖體滑移失穩(wěn)，使實(shí)體煤側(cè)大變形得到有效限制，窄煤柱側(cè)的完整性和抗回轉(zhuǎn)剪切能力得到明顯提高，有力維護(hù)巷道圍巖結(jié)構(gòu)整體框架穩(wěn)定性。若小煤柱側(cè)幫施工桁架效果不好則采用兩排走向錨索梁控制其變形。

3 工程實(shí)踐

3.1 支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

東灘煤礦1306軌道順槽斷面為梯形斷面，S荒=20.4 m2，S凈=18.62 m2，巷道凈高H=3.8 m，是典型的復(fù)雜破碎頂板下綜放巷道，其變形破壞具有如下幾個(gè)明顯的特點(diǎn)：

（1）煤層地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤層結(jié)構(gòu)賦存條件多變。

（2）頂煤厚度較大，基本在4～5 m，中間含有軟弱夾層或弱面，錨固效果差。

（3）煤幫含有0.5 m厚的泥巖夾層，高應(yīng)力作用下結(jié)構(gòu)面剪切滑移嚴(yán)重。

（4）區(qū)域內(nèi)應(yīng)力較為復(fù)雜，具有沖擊傾向，錨桿錨索破斷十分頻繁。

（5）掘進(jìn)階段變形比其它采區(qū)沿空巷道變形有明顯增加。

（6）煤柱幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)整體性不強(qiáng)時(shí)，對(duì)幫部控制作用差，導(dǎo)致幫部位移非常大。

針對(duì)上述大斷面綜放沿空巷道圍巖特點(diǎn)失穩(wěn)機(jī)理，設(shè)計(jì)如圖5所示的支護(hù)方案。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

通過對(duì)1306軌順巷道圍巖變形量的檢測(cè)，頂?shù)孜灰屏孔畲鬄?71 mm，平均移近量為225.8 mm。頂板下沉移近量最大為118 mm，平均移近量為57.3 mm。底板鼓起移近量最大為403 mm，平均移近量為176.5 mm。兩幫移近量最大為445 mm，平均移近量為248 mm。不采幫移近量最大為301 mm，平均移近量為167.3 mm。采幫移近量最大為190 mm，平均移近量為76.5 mm。變形量均處于允許的范圍內(nèi)，取得了良好的效果，巷道支護(hù)實(shí)照如圖6所示。

4 基本結(jié)論

（1）綜放大斷面巷道由于其跨度比較大，兩幫、頂板均為煤層，巷道圍巖強(qiáng)度較低，尤其還要受采動(dòng)影響，沿空巷道煤柱側(cè)會(huì)受到強(qiáng)烈的壓縮和側(cè)向回轉(zhuǎn)作用后，極易發(fā)生高煤幫的剪切滑移失穩(wěn)現(xiàn)象。

（2）針對(duì)東灘礦3煤綜放沿空巷道（留小煤柱沿空掘巷）實(shí)際情況，提出了強(qiáng)化控制技術(shù)思想，形成了具體的錨桿索性能協(xié)同強(qiáng)化控制技術(shù)。關(guān)鍵在于頂板高性能錨桿預(yù)應(yīng)力支護(hù)技術(shù)、高幫部桁架支護(hù)技術(shù)、幫頂基角“斜拉”錨索梁支護(hù)技術(shù)，高低幫錨桿索非對(duì)稱支護(hù)技術(shù)等，該技術(shù)能充分協(xié)調(diào)錨桿（索）系統(tǒng)的組成要素、要素各性能之間的協(xié)同控制作用，保證支護(hù)體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

（3）高預(yù)緊力錨桿索協(xié)同強(qiáng)化支護(hù)原理及相應(yīng)的強(qiáng)化控制技術(shù)較好解決了綜放大斷面煤巷支護(hù)技術(shù)難題，回采前幫頂無維修，回采期間斷面收縮率控制在30%以內(nèi)，滿足了設(shè)備布置、通風(fēng)、運(yùn)輸、行人以及工作面端頭維護(hù)和正常推進(jìn)的要求，為工作面安全高效回采提供了必備條件。

參考文獻(xiàn)

[1] 張百勝，康立勛，楊雙鎖.大斷面全煤巷道層狀頂板離層變形模擬研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2006，23（3）：264-267.

[2] 何滿潮，孫曉明，蘇永華，等.綜放工作面大斷面切眼錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2002，30（1）：36-39.

[3] HOU C J.Review of roadway control in soft surrounding rock under dynamic pressure[J].Journal of Coal Science & Engineering，2003，9（1）：1-7.

[4] 林崇德.層狀巖石頂板破壞機(jī)理數(shù)值模擬過程分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，1999，18（4）：392-396.

[5] 康紅普，王金華，林健.高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力支護(hù)系統(tǒng)及其在深部巷道中的應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2007，32（12）：1233-1238.

[6] 肖同強(qiáng)，柏建彪，王襄禹，等.深部大斷面厚頂煤巷道圍巖穩(wěn)定原理及控制[J].巖土力學(xué)，2011，32（6）：1874-1880.

[7] 孫曉明，張國(guó)鋒，蔡峰，等.深部?jī)A斜巖層巷道非對(duì)稱變形機(jī)制及控制對(duì)策[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，28（6）：1137-1143.

[8] HOU Chao-jiong，Review of Roadway Control in Soft Surrounding Rock under Dynamic Pressure[J].Journal of Coal Science & Engineering，June 2003，9（1）：1-7.

[9] 張農(nóng)，袁亮.離層破碎型煤巷頂板的控制原理[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2006，23（1）：34-38.

[10] 張農(nóng)，高明仕.煤巷高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)與應(yīng)用[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，33（5）：524-527.

[11] 劉長(zhǎng)武，郭永峰.錨網(wǎng)（索）支護(hù)煤巷頂板離層臨界值分析[J].巖土力學(xué)，2003（24）：231-234.

[12] 侯朝炯，勾攀峰.巷道錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化機(jī)理研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2000，19（3）：342-345.endprint

2.2 強(qiáng)化控制技術(shù)

在錨桿、錨索協(xié)同強(qiáng)化支護(hù)系統(tǒng)中，預(yù)應(yīng)力是重要參數(shù)，對(duì)錨桿施加合理大小的預(yù)應(yīng)后，層狀頂板可能會(huì)形成頂板預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)或者組合梁結(jié)構(gòu)，提高巷道圍巖的穩(wěn)定性。再利用預(yù)應(yīng)力錨索的協(xié)調(diào)作用，將巷道周邊的集中應(yīng)力向深部圍巖轉(zhuǎn)移，從而調(diào)動(dòng)深部穩(wěn)定圍巖控制淺部破碎圍巖。避免錨桿、錨索單獨(dú)承載，才能達(dá)到協(xié)同支護(hù)的效果，頂板錨桿預(yù)緊力矩應(yīng)不小于400 N·m，幫錨桿預(yù)緊力矩應(yīng)不小于300 N·m。

（1）頂板高預(yù)緊力錨桿索：及時(shí)給錨桿或其它支護(hù)構(gòu)件以很高的張拉力，并傳遞到層狀頂板，使頂板巖層在水平應(yīng)力作用下處于橫向壓縮狀態(tài)，形成“剛性化”的壓力自撐結(jié)構(gòu)，從而阻止高水平應(yīng)力對(duì)頂板圍巖體的破壞，消除或大大減緩弱面離層現(xiàn)象，同時(shí)減緩兩幫圍巖的應(yīng)力集中程度和巖體破壞現(xiàn)象，從根本上維持圍巖穩(wěn)定。

（2）幫部高預(yù)應(yīng)力錨索梁（桁架）：在幫部采用桁架支護(hù)技術(shù)，以頂?shù)捉菄鷰r的相對(duì)穩(wěn)定區(qū)作為錨固點(diǎn)，對(duì)幫部圍巖主動(dòng)施加橫向約束，控制幫部淺部巖體滑移失穩(wěn)，使實(shí)體煤側(cè)大變形得到有效限制，窄煤柱側(cè)的完整性和抗回轉(zhuǎn)剪切能力得到明顯提高，有力維護(hù)巷道圍巖結(jié)構(gòu)整體框架穩(wěn)定性。若小煤柱側(cè)幫施工桁架效果不好則采用兩排走向錨索梁控制其變形。

3 工程實(shí)踐

3.1 支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

東灘煤礦1306軌道順槽斷面為梯形斷面，S荒=20.4 m2，S凈=18.62 m2，巷道凈高H=3.8 m，是典型的復(fù)雜破碎頂板下綜放巷道，其變形破壞具有如下幾個(gè)明顯的特點(diǎn)：

（1）煤層地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤層結(jié)構(gòu)賦存條件多變。

（2）頂煤厚度較大，基本在4～5 m，中間含有軟弱夾層或弱面，錨固效果差。

（3）煤幫含有0.5 m厚的泥巖夾層，高應(yīng)力作用下結(jié)構(gòu)面剪切滑移嚴(yán)重。

（4）區(qū)域內(nèi)應(yīng)力較為復(fù)雜，具有沖擊傾向，錨桿錨索破斷十分頻繁。

（5）掘進(jìn)階段變形比其它采區(qū)沿空巷道變形有明顯增加。

（6）煤柱幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)整體性不強(qiáng)時(shí)，對(duì)幫部控制作用差，導(dǎo)致幫部位移非常大。

針對(duì)上述大斷面綜放沿空巷道圍巖特點(diǎn)失穩(wěn)機(jī)理，設(shè)計(jì)如圖5所示的支護(hù)方案。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

通過對(duì)1306軌順巷道圍巖變形量的檢測(cè)，頂?shù)孜灰屏孔畲鬄?71 mm，平均移近量為225.8 mm。頂板下沉移近量最大為118 mm，平均移近量為57.3 mm。底板鼓起移近量最大為403 mm，平均移近量為176.5 mm。兩幫移近量最大為445 mm，平均移近量為248 mm。不采幫移近量最大為301 mm，平均移近量為167.3 mm。采幫移近量最大為190 mm，平均移近量為76.5 mm。變形量均處于允許的范圍內(nèi)，取得了良好的效果，巷道支護(hù)實(shí)照如圖6所示。

4 基本結(jié)論

（1）綜放大斷面巷道由于其跨度比較大，兩幫、頂板均為煤層，巷道圍巖強(qiáng)度較低，尤其還要受采動(dòng)影響，沿空巷道煤柱側(cè)會(huì)受到強(qiáng)烈的壓縮和側(cè)向回轉(zhuǎn)作用后，極易發(fā)生高煤幫的剪切滑移失穩(wěn)現(xiàn)象。

（2）針對(duì)東灘礦3煤綜放沿空巷道（留小煤柱沿空掘巷）實(shí)際情況，提出了強(qiáng)化控制技術(shù)思想，形成了具體的錨桿索性能協(xié)同強(qiáng)化控制技術(shù)。關(guān)鍵在于頂板高性能錨桿預(yù)應(yīng)力支護(hù)技術(shù)、高幫部桁架支護(hù)技術(shù)、幫頂基角“斜拉”錨索梁支護(hù)技術(shù)，高低幫錨桿索非對(duì)稱支護(hù)技術(shù)等，該技術(shù)能充分協(xié)調(diào)錨桿（索）系統(tǒng)的組成要素、要素各性能之間的協(xié)同控制作用，保證支護(hù)體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

（3）高預(yù)緊力錨桿索協(xié)同強(qiáng)化支護(hù)原理及相應(yīng)的強(qiáng)化控制技術(shù)較好解決了綜放大斷面煤巷支護(hù)技術(shù)難題，回采前幫頂無維修，回采期間斷面收縮率控制在30%以內(nèi)，滿足了設(shè)備布置、通風(fēng)、運(yùn)輸、行人以及工作面端頭維護(hù)和正常推進(jìn)的要求，為工作面安全高效回采提供了必備條件。

參考文獻(xiàn)

[1] 張百勝，康立勛，楊雙鎖.大斷面全煤巷道層狀頂板離層變形模擬研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2006，23（3）：264-267.

[2] 何滿潮，孫曉明，蘇永華，等.綜放工作面大斷面切眼錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2002，30（1）：36-39.

[3] HOU C J.Review of roadway control in soft surrounding rock under dynamic pressure[J].Journal of Coal Science & Engineering，2003，9（1）：1-7.

[4] 林崇德.層狀巖石頂板破壞機(jī)理數(shù)值模擬過程分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，1999，18（4）：392-396.

[5] 康紅普，王金華，林健.高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力支護(hù)系統(tǒng)及其在深部巷道中的應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2007，32（12）：1233-1238.

[6] 肖同強(qiáng)，柏建彪，王襄禹，等.深部大斷面厚頂煤巷道圍巖穩(wěn)定原理及控制[J].巖土力學(xué)，2011，32（6）：1874-1880.

[7] 孫曉明，張國(guó)鋒，蔡峰，等.深部?jī)A斜巖層巷道非對(duì)稱變形機(jī)制及控制對(duì)策[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，28（6）：1137-1143.

[8] HOU Chao-jiong，Review of Roadway Control in Soft Surrounding Rock under Dynamic Pressure[J].Journal of Coal Science & Engineering，June 2003，9（1）：1-7.

[9] 張農(nóng)，袁亮.離層破碎型煤巷頂板的控制原理[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2006，23（1）：34-38.

[10] 張農(nóng)，高明仕.煤巷高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)與應(yīng)用[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，33（5）：524-527.

[11] 劉長(zhǎng)武，郭永峰.錨網(wǎng)（索）支護(hù)煤巷頂板離層臨界值分析[J].巖土力學(xué)，2003（24）：231-234.

[12] 侯朝炯，勾攀峰.巷道錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化機(jī)理研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2000，19（3）：342-345.endprint

2.2 強(qiáng)化控制技術(shù)

在錨桿、錨索協(xié)同強(qiáng)化支護(hù)系統(tǒng)中，預(yù)應(yīng)力是重要參數(shù)，對(duì)錨桿施加合理大小的預(yù)應(yīng)后，層狀頂板可能會(huì)形成頂板預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)或者組合梁結(jié)構(gòu)，提高巷道圍巖的穩(wěn)定性。再利用預(yù)應(yīng)力錨索的協(xié)調(diào)作用，將巷道周邊的集中應(yīng)力向深部圍巖轉(zhuǎn)移，從而調(diào)動(dòng)深部穩(wěn)定圍巖控制淺部破碎圍巖。避免錨桿、錨索單獨(dú)承載，才能達(dá)到協(xié)同支護(hù)的效果，頂板錨桿預(yù)緊力矩應(yīng)不小于400 N·m，幫錨桿預(yù)緊力矩應(yīng)不小于300 N·m。

（1）頂板高預(yù)緊力錨桿索：及時(shí)給錨桿或其它支護(hù)構(gòu)件以很高的張拉力，并傳遞到層狀頂板，使頂板巖層在水平應(yīng)力作用下處于橫向壓縮狀態(tài)，形成“剛性化”的壓力自撐結(jié)構(gòu)，從而阻止高水平應(yīng)力對(duì)頂板圍巖體的破壞，消除或大大減緩弱面離層現(xiàn)象，同時(shí)減緩兩幫圍巖的應(yīng)力集中程度和巖體破壞現(xiàn)象，從根本上維持圍巖穩(wěn)定。

（2）幫部高預(yù)應(yīng)力錨索梁（桁架）：在幫部采用桁架支護(hù)技術(shù)，以頂?shù)捉菄鷰r的相對(duì)穩(wěn)定區(qū)作為錨固點(diǎn)，對(duì)幫部圍巖主動(dòng)施加橫向約束，控制幫部淺部巖體滑移失穩(wěn)，使實(shí)體煤側(cè)大變形得到有效限制，窄煤柱側(cè)的完整性和抗回轉(zhuǎn)剪切能力得到明顯提高，有力維護(hù)巷道圍巖結(jié)構(gòu)整體框架穩(wěn)定性。若小煤柱側(cè)幫施工桁架效果不好則采用兩排走向錨索梁控制其變形。

3 工程實(shí)踐

3.1 支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

東灘煤礦1306軌道順槽斷面為梯形斷面，S荒=20.4 m2，S凈=18.62 m2，巷道凈高H=3.8 m，是典型的復(fù)雜破碎頂板下綜放巷道，其變形破壞具有如下幾個(gè)明顯的特點(diǎn)：

（1）煤層地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤層結(jié)構(gòu)賦存條件多變。

（2）頂煤厚度較大，基本在4～5 m，中間含有軟弱夾層或弱面，錨固效果差。

（3）煤幫含有0.5 m厚的泥巖夾層，高應(yīng)力作用下結(jié)構(gòu)面剪切滑移嚴(yán)重。

（4）區(qū)域內(nèi)應(yīng)力較為復(fù)雜，具有沖擊傾向，錨桿錨索破斷十分頻繁。

（5）掘進(jìn)階段變形比其它采區(qū)沿空巷道變形有明顯增加。

（6）煤柱幫部支護(hù)結(jié)構(gòu)整體性不強(qiáng)時(shí)，對(duì)幫部控制作用差，導(dǎo)致幫部位移非常大。

針對(duì)上述大斷面綜放沿空巷道圍巖特點(diǎn)失穩(wěn)機(jī)理，設(shè)計(jì)如圖5所示的支護(hù)方案。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

通過對(duì)1306軌順巷道圍巖變形量的檢測(cè)，頂?shù)孜灰屏孔畲鬄?71 mm，平均移近量為225.8 mm。頂板下沉移近量最大為118 mm，平均移近量為57.3 mm。底板鼓起移近量最大為403 mm，平均移近量為176.5 mm。兩幫移近量最大為445 mm，平均移近量為248 mm。不采幫移近量最大為301 mm，平均移近量為167.3 mm。采幫移近量最大為190 mm，平均移近量為76.5 mm。變形量均處于允許的范圍內(nèi)，取得了良好的效果，巷道支護(hù)實(shí)照如圖6所示。

4 基本結(jié)論

（1）綜放大斷面巷道由于其跨度比較大，兩幫、頂板均為煤層，巷道圍巖強(qiáng)度較低，尤其還要受采動(dòng)影響，沿空巷道煤柱側(cè)會(huì)受到強(qiáng)烈的壓縮和側(cè)向回轉(zhuǎn)作用后，極易發(fā)生高煤幫的剪切滑移失穩(wěn)現(xiàn)象。

（2）針對(duì)東灘礦3煤綜放沿空巷道（留小煤柱沿空掘巷）實(shí)際情況，提出了強(qiáng)化控制技術(shù)思想，形成了具體的錨桿索性能協(xié)同強(qiáng)化控制技術(shù)。關(guān)鍵在于頂板高性能錨桿預(yù)應(yīng)力支護(hù)技術(shù)、高幫部桁架支護(hù)技術(shù)、幫頂基角“斜拉”錨索梁支護(hù)技術(shù)，高低幫錨桿索非對(duì)稱支護(hù)技術(shù)等，該技術(shù)能充分協(xié)調(diào)錨桿（索）系統(tǒng)的組成要素、要素各性能之間的協(xié)同控制作用，保證支護(hù)體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

（3）高預(yù)緊力錨桿索協(xié)同強(qiáng)化支護(hù)原理及相應(yīng)的強(qiáng)化控制技術(shù)較好解決了綜放大斷面煤巷支護(hù)技術(shù)難題，回采前幫頂無維修，回采期間斷面收縮率控制在30%以內(nèi)，滿足了設(shè)備布置、通風(fēng)、運(yùn)輸、行人以及工作面端頭維護(hù)和正常推進(jìn)的要求，為工作面安全高效回采提供了必備條件。

參考文獻(xiàn)

[1] 張百勝，康立勛，楊雙鎖.大斷面全煤巷道層狀頂板離層變形模擬研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2006，23（3）：264-267.

[2] 何滿潮，孫曉明，蘇永華，等.綜放工作面大斷面切眼錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2002，30（1）：36-39.

[3] HOU C J.Review of roadway control in soft surrounding rock under dynamic pressure[J].Journal of Coal Science & Engineering，2003，9（1）：1-7.

[4] 林崇德.層狀巖石頂板破壞機(jī)理數(shù)值模擬過程分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，1999，18（4）：392-396.

[5] 康紅普，王金華，林健.高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力支護(hù)系統(tǒng)及其在深部巷道中的應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2007，32（12）：1233-1238.

[6] 肖同強(qiáng)，柏建彪，王襄禹，等.深部大斷面厚頂煤巷道圍巖穩(wěn)定原理及控制[J].巖土力學(xué)，2011，32（6）：1874-1880.

[7] 孫曉明，張國(guó)鋒，蔡峰，等.深部?jī)A斜巖層巷道非對(duì)稱變形機(jī)制及控制對(duì)策[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，28（6）：1137-1143.

[8] HOU Chao-jiong，Review of Roadway Control in Soft Surrounding Rock under Dynamic Pressure[J].Journal of Coal Science & Engineering，June 2003，9（1）：1-7.

[9] 張農(nóng)，袁亮.離層破碎型煤巷頂板的控制原理[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2006，23（1）：34-38.

[10] 張農(nóng)，高明仕.煤巷高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)與應(yīng)用[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，33（5）：524-527.

[11] 劉長(zhǎng)武，郭永峰.錨網(wǎng)（索）支護(hù)煤巷頂板離層臨界值分析[J].巖土力學(xué)，2003（24）：231-234.

[12] 侯朝炯，勾攀峰.巷道錨桿支護(hù)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化機(jī)理研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2000，19（3）：342-345.endprint