馬國(guó)軍，胡文濤，王 軍，汪占領(lǐng)，郭罡業(yè)

(1.國(guó)家能源集團(tuán) 寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司任家莊煤礦，寧夏 靈武 750409；2.天地科技股份有限公司開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013)

目前，依據(jù)我國(guó)煤炭資源沿深度的分布規(guī)律可以看出，600 m以下的煤炭資源占總儲(chǔ)量的65%，該范圍內(nèi)煤炭資源已開(kāi)采部分僅為總量的2%。那么，隨著淺部煤炭資源逐漸枯竭，煤炭開(kāi)采必然向深部進(jìn)行，深部巷道的工程將逐步增多[1]。

高應(yīng)力巷道作為深部的典型復(fù)雜困難巷道之一，其變形破壞嚴(yán)重制約著我國(guó)煤礦的安全高效開(kāi)采，因此，深部高應(yīng)力巷道圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn)。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)專家與學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究，取得了豐富的理論與技術(shù)成果[2-4]。例如，王衛(wèi)軍等[5]認(rèn)為深部高應(yīng)力巷道圍巖變形破壞包含淺部圍巖的非連續(xù)變形與深部圍巖塑性的連續(xù)變形2部分，塑性的連續(xù)變形難以控制，巷道圍巖的控制應(yīng)由變形控制向穩(wěn)定控制轉(zhuǎn)變，應(yīng)預(yù)留一部分變形空間，即給定變形。張振全等[6]以淮南礦業(yè)集團(tuán)潘三煤礦1662(1)運(yùn)輸平巷掘進(jìn)工程為背景，研究了深部高應(yīng)力軟巖巷道控制技術(shù)，認(rèn)為應(yīng)該在該類巷道掘進(jìn)初期先采用錨桿及錨索聯(lián)合支護(hù)控制圍巖變形，隨后配合注漿錨桿提高圍巖承載能力。任修乾等[7]研究了高應(yīng)力深部巷道圍巖變形特征與控制技術(shù)，研究得出采用錨注和高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力錨桿耦合支護(hù)方案，可對(duì)該類巷道圍巖變形進(jìn)行有效控制。彭青陽(yáng)等[8]針對(duì)耿村礦高應(yīng)力厚頂板回采巷道進(jìn)行了研究，認(rèn)為對(duì)于該類巷道，高預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)噴可維護(hù)淺部圍巖穩(wěn)定、并調(diào)動(dòng)深部圍巖承載能力，注漿封閉巷道圍巖裂隙可增強(qiáng)巷道圍巖整體穩(wěn)定性，U型鋼支架可提高支護(hù)的承載能力，取得了良好的應(yīng)用效果。余偉健等[9]針對(duì)高應(yīng)力軟巖巷道的變形機(jī)理和返修控制技術(shù)進(jìn)行了研究，研究認(rèn)為該類巷道的控制設(shè)計(jì)應(yīng)采用多方法，針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)計(jì)，且控制淺部巷道圍巖變形是關(guān)鍵。王衛(wèi)軍等[10]研究認(rèn)為深部高應(yīng)力軟巖巷道圍巖塑性區(qū)的發(fā)展一般經(jīng)歷塑性點(diǎn)的出現(xiàn)、塑性環(huán)的形成、塑性環(huán)局部畸變、塑性區(qū)非均勻擴(kuò)展、塑性區(qū)惡性擴(kuò)展5個(gè)階段，巷道圍巖失穩(wěn)主要是塑性環(huán)的局部畸變導(dǎo)致了塑性區(qū)的惡性擴(kuò)展所致。黃玉東等[11]認(rèn)為圍巖強(qiáng)度低、賦存水文地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、應(yīng)力集中系數(shù)高、支護(hù)強(qiáng)度無(wú)法達(dá)到要求是深部高應(yīng)力巷道圍巖變形破壞的主要原因，采用全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固強(qiáng)力錨桿錨索控制技術(shù)對(duì)巷道變形進(jìn)行了有效控制。薛光武等[12]針對(duì)高地應(yīng)力深部巷道進(jìn)行了變形破壞規(guī)律的二維相似模擬實(shí)驗(yàn)研究，研究得出了巷道的變形破壞特征與時(shí)間的關(guān)聯(lián)性。耿偉樂(lè)等[13]研究了深部巷道支護(hù)方式的合理選擇，研究認(rèn)為混凝土噴層厚度和錨桿間排距是影響巷道圍巖變形和破壞的主要因素、錨桿長(zhǎng)度和錨桿直徑次之。

上述理論與技術(shù)研究成果主要集中在深部巷道圍巖變形破壞機(jī)理及控制技術(shù)2個(gè)方面，且認(rèn)為“錨桿+錨索”聯(lián)合支護(hù)是深部高應(yīng)力巷道的主要控制技術(shù)，注漿(錨注)、金屬支架、鋼梁等補(bǔ)強(qiáng)可作為輔助的支護(hù)手段[14-19]，這些技術(shù)為提高生產(chǎn)率和改善施工環(huán)境發(fā)揮了重要作用[20]。但是隨著開(kāi)采強(qiáng)度的加大與開(kāi)采環(huán)境的日趨復(fù)雜，巷道圍巖地質(zhì)條件不可能完全相同地出現(xiàn)，這使得任何一種方法都具有較強(qiáng)的針對(duì)性，難以控制所有的深部高應(yīng)力巷道圍巖穩(wěn)定，仍有大量高應(yīng)力巷道工程出現(xiàn)嚴(yán)重的變形破壞，導(dǎo)致維護(hù)費(fèi)用成倍增大，嚴(yán)重威脅了礦井的正常生產(chǎn)。

任家莊煤礦210504工作面回風(fēng)巷是典型的深部高應(yīng)力回采巷道，埋深超過(guò)600 m、且受臨近采空區(qū)影響，掘進(jìn)期間變形嚴(yán)重且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重阻礙了該礦工作面的安全高效生產(chǎn)。因此，本文主要針對(duì)深部高應(yīng)力巷道的穩(wěn)定性控制技術(shù)，以任家莊煤礦210504工作面回風(fēng)巷為例開(kāi)展系列研究，可為同類礦井的巷道支護(hù)設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 工程概況與變形破壞特征

1.1 工程概況

210504工作面開(kāi)采5號(hào)煤層，左部與下部為未采區(qū)域，上部為210502采空區(qū)，210502采空區(qū)與210504運(yùn)輸巷之間為20 m煤柱。210504回風(fēng)巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度977 m，目前已掘約600 m，剩余約400 m，平均埋深約600 m。工作面布置情況如圖1所示。

圖1 210504工作面平面布置

210504工作面位于5號(hào)煤層，回采巷道沿煤層頂板掘進(jìn)，5號(hào)煤平均厚度4.95 m，煤層傾角16°～20°，堅(jiān)固性系數(shù)1.3，裂隙較發(fā)育。

煤層偽頂為厚0.46 m的粉砂巖，灰色，致密，夾矸上部賦存厚約0.23 m的煤線；直接頂為厚5.42 m的粉砂巖細(xì)砂巖互層，呈波狀層理，粉砂巖泥質(zhì)膠結(jié)；基本頂為厚10.36 m的粗砂巖，灰白色，巨厚層狀。煤層偽底為厚0.62 m的泥巖，灰色，含植物化石，粉砂質(zhì)含量較高，半堅(jiān)硬；直接底為厚9.65 m的粗砂巖，灰白色，中厚層狀。巷道鉆孔柱狀如圖2所示。

圖2 210504工作面運(yùn)輸巷巖體柱狀

210504回風(fēng)巷為異形斷面，原支護(hù)形式為錨網(wǎng)索噴，斷面凈寬3 800 mm，中高3 623 mm，凈斷面13.9 m2。主要支護(hù)形式及參數(shù)：①錨索。材質(zhì)為φ21.98 mm、長(zhǎng)6.3 m的鋼絞線，間排距1.8 m×2.0 m。每根錨索1支MSK2350和2支MSK2370樹(shù)脂藥卷，設(shè)計(jì)預(yù)緊力150 kN。②錨桿。φ20 mm、長(zhǎng)2.4 m新型螺紋鋼式樹(shù)脂錨桿，間排距900 mm×900 mm。每根錨桿配備2根型號(hào)MSK2370樹(shù)脂錨固劑，預(yù)緊力扭矩>200 N·m。③錨網(wǎng)。鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)間搭接100 mm以上，搭接間采用細(xì)鐵絲捆扎牢固。具體如圖3所示。

圖3 210504工作面回風(fēng)巷原支護(hù)方案

1.2 巷道變形及破壞情況

為研究210504工作面運(yùn)輸巷的變形破壞機(jī)理，對(duì)該巷道的變形與破壞情況進(jìn)行了調(diào)查。該巷道自掘進(jìn)以來(lái)，由于高應(yīng)力、支護(hù)預(yù)應(yīng)力低等多種原因，巷道掘進(jìn)后30～50 m，巷道底鼓量超過(guò)800 mm，兩幫移近量達(dá)600 mm。礦方雖采取了一些控制措施，但其變形破壞仍得不到控制。巷道圍巖變形現(xiàn)場(chǎng)實(shí)拍如圖4所示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該運(yùn)輸巷變形與破壞主要表現(xiàn)如下。

(1)巷道頂部的變形破壞。受高應(yīng)力影響，巷道頂部出現(xiàn)整體性下沉，同樣使巷道支護(hù)因不適應(yīng)大位移而發(fā)生破壞，而且由于兩幫移近量較大導(dǎo)致的肩角破壞明顯(圖4)。

圖4 210504工作面回風(fēng)巷變形破壞現(xiàn)場(chǎng)

(2)幫部嚴(yán)重內(nèi)擠，開(kāi)裂明顯。這種破壞特征體現(xiàn)出巷道圍巖的水平應(yīng)力大。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，當(dāng)巷道幫部?jī)?nèi)擠量超過(guò)5 cm之后，幫部不可避免地出現(xiàn)開(kāi)裂，縱向裂紋是其明顯的體現(xiàn)。當(dāng)裂紋擴(kuò)大后，噴層與圍巖間的孔洞會(huì)明顯增加，錨桿托盤與圍巖失去有效接觸，變形嚴(yán)重增加、噴錨掛網(wǎng)扭曲或被拉斷，噴層破碎成許多小塊。內(nèi)擠的同時(shí)也會(huì)對(duì)頂板和底板進(jìn)一步擠壓，造成頂?shù)装宓淖冃纹茐膰?yán)重增加。

(3)底板的強(qiáng)烈鼓起。底板泥巖在強(qiáng)大的壓力作用下，在某些地段產(chǎn)生較大的底鼓變形，調(diào)查發(fā)現(xiàn)局部底鼓量大于800 mm，導(dǎo)致巷道底鼓強(qiáng)烈，表面的開(kāi)裂嚴(yán)重，底板兩角內(nèi)擠十分明顯。同時(shí)，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，圍巖擴(kuò)容的范圍也在不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致底鼓量持續(xù)增加。

2 巷道圍巖變形破壞機(jī)理

為了明確210504回風(fēng)巷的變形破壞機(jī)理，依據(jù)該巷的地質(zhì)條件與上述研究的數(shù)據(jù)，選擇典型的210504回風(fēng)巷為研究對(duì)象，采用FLAC3D軟件對(duì)其變形破壞展開(kāi)研究，分析其位移的分布規(guī)律并分析變形破壞機(jī)理。

2.1 模型的建立

依據(jù)210504回風(fēng)巷的圍巖地質(zhì)條件與支護(hù)方案建立數(shù)值計(jì)算模型，如圖5所示。

圖5 210504回風(fēng)巷模型的建立

模型長(zhǎng)80 m、寬60 m、高5 m，自下而上依次為厚9.65 m的粗砂巖、厚0.62 m的泥巖、厚4.95 m的5號(hào)煤層、厚0.46 m的粉砂巖與夾矸、厚5.42 m的粉砂巖與厚10.36 m的粗砂巖。利用interface單元模擬層與層間的結(jié)構(gòu)面，模型共劃分560 000個(gè)網(wǎng)格，依據(jù)煤層平均埋深施加15 MPa垂直應(yīng)力，邊界條件為左、右、前、后、下面，應(yīng)力邊界為上部平面。

210504回風(fēng)巷模型空間開(kāi)挖如圖6所示。

圖6 210504回風(fēng)巷模型空間開(kāi)挖

依據(jù)210504回風(fēng)巷的地質(zhì)資料，沿5號(hào)煤頂板開(kāi)挖斷面凈寬3 800 mm、中高3 623 mm、凈斷面13.9 m2的巷道，然后同平距20 m煤柱開(kāi)挖210502采空區(qū)。

錨桿與錨索單元模擬如圖7所示。依據(jù)210504回風(fēng)巷的支護(hù)方案，在模型內(nèi)部利用cable與shell單元逐次置入錨桿、錨索與鋼梁，并按照所測(cè)的錨桿預(yù)緊力施加20 kN的錨桿預(yù)緊力，同時(shí)施加60 kN的錨索張拉力。

圖7 錨桿與錨索單元模擬

2.2 計(jì)算結(jié)果分析

210504回風(fēng)巷位移分布云圖如圖8所示。由圖8(a)可以看出，巷道斷面坑洼不平，網(wǎng)兜現(xiàn)象突出。兩幫位移分布下幫重于上幫，其中水平位移大的區(qū)域主要分布在幫部中下部，最大位移均在300 mm以上。幫部與底板交界處是受幫部水平位移擠壓明顯區(qū)域，可以看出底板兩側(cè)具有150 mm以上的位移分布區(qū)域，同樣頂板亦有100 mm以上的分布區(qū)域。由圖8(b)可以看出，巷道斷面頂?shù)装逡平黠@，底鼓與頂板下沉明顯。尤其底板下部3 m以內(nèi)的區(qū)域底鼓量均在250 mm以上，底板表面底鼓量達(dá)到了500 mm以上；3 m內(nèi)復(fù)合型的頂板下沉量在100 mm以上，頂板表面下沉量達(dá)到了280 mm。

圖8 210504回風(fēng)巷位移分布云圖

2.3 巷道失穩(wěn)原因及機(jī)理分析

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析得出，造成210504回風(fēng)巷與變形和破壞程度嚴(yán)重的主要原因有以下4個(gè)方面。

(1)巷道頂板為典型的復(fù)合型頂板，圍巖自身?xiàng)l件差，穩(wěn)定性低。地質(zhì)資料表明210504回風(fēng)巷煤層頂板依次為厚0.46 m的粉砂巖與厚0.23 m的煤線互層、厚5.42 m的粉砂巖細(xì)砂巖互層，這種巖石力學(xué)性質(zhì)差異性明顯的頂板互層，是典型的復(fù)合型頂板，也稱為離層型頂板，容易因一層變形破壞而造成頂板整體破壞。幫部為5號(hào)煤，裂隙較為發(fā)育，整體性較差。底板留設(shè)有厚0.7 m左右的5號(hào)煤，5號(hào)煤下部為厚0.62 m的泥巖，是易造成底鼓的圍巖原因。

(2)巷道埋深較深，地應(yīng)力水平較高。地質(zhì)資料表明，5號(hào)煤平均埋深600 m左右。依據(jù)霍克—布朗準(zhǔn)則，用回歸方法得到經(jīng)驗(yàn)公式100/H+0.3≤γ≤1 500/H+0.5(H為深度；γ為側(cè)壓系數(shù))來(lái)估算，該處巷道圍巖垂直應(yīng)力在15 MPa，水平應(yīng)力為25 MPa左右，屬于中高應(yīng)力水平。

(3)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，且受淋水影響。調(diào)查發(fā)現(xiàn)210504回風(fēng)巷掘進(jìn)過(guò)程中均有不同程度的斷層，例如210504的F236與F239正斷層，落差在2 m以內(nèi)，容易造成煤巖層裂隙發(fā)育，易片幫冒頂。在調(diào)查中同時(shí)發(fā)現(xiàn)巷道中存在不同程度的淋水現(xiàn)象，淋水的存在導(dǎo)致巷道圍巖進(jìn)一步弱化，在高應(yīng)力的作用下更容易發(fā)生變形破壞。

(4)原設(shè)計(jì)支護(hù)形式、預(yù)緊力與錨固力水平不能適應(yīng)圍巖變形要求。210504回風(fēng)巷設(shè)計(jì)不僅沿用傳統(tǒng)的支護(hù)形式，而且支護(hù)參數(shù)均非常單一，限于噴錨網(wǎng)索，且護(hù)表構(gòu)件不夠強(qiáng)。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，210504回風(fēng)巷與110901運(yùn)輸巷的實(shí)際錨桿預(yù)緊力水平均在25 kN左右，低于該類型錨桿52.6 kN的高預(yù)應(yīng)力主動(dòng)支護(hù)水平。設(shè)計(jì)的頂板預(yù)緊力扭矩為260 N·m與幫部的200 N·m均不能給錨桿施加滿足要求的預(yù)緊力。頂板錨索的預(yù)緊力實(shí)際為90 kN與50 kN，未達(dá)到150 kN的設(shè)計(jì)要求，這顯然是不能適應(yīng)如此復(fù)雜的巷道圍巖變形特性。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和觀測(cè)，任家莊煤礦210504回風(fēng)巷雖然采用“錨索網(wǎng)噴”的支護(hù)技術(shù)，但頂板下沉、兩幫內(nèi)擠與底鼓現(xiàn)象在掘進(jìn)期間依舊常見(jiàn)，后期回采時(shí)巷道圍巖穩(wěn)定性依舊無(wú)法保障。

巷道圍巖的變形破壞機(jī)理可以簡(jiǎn)單揭示為：當(dāng)巖體被開(kāi)挖后，由于巖體本身的力學(xué)性質(zhì)較差，在深部高應(yīng)力與采空區(qū)側(cè)支承壓力的作用下產(chǎn)生較為明顯的脹碎變形，裂隙發(fā)育充分，尤其是復(fù)合型頂板更容易從其中某一薄層處突破，從而發(fā)生變形破壞。

由于2條巷道的錨桿(索)預(yù)緊力不足且錨固基礎(chǔ)不太牢靠，導(dǎo)致錨桿(索)不能及時(shí)主動(dòng)的發(fā)揮支護(hù)作用，導(dǎo)致淺部的不連續(xù)變形進(jìn)一步增大，演變?yōu)槿菀卓吹降膸筒烤W(wǎng)兜與底板鼓起等現(xiàn)象。加之淋水與地質(zhì)構(gòu)造的影響，隨著時(shí)間的推移，巷道圍巖將發(fā)生明顯的應(yīng)力疊加及流變等現(xiàn)象，致使巷道圍巖變形進(jìn)一步增加。

3 巷道圍巖穩(wěn)定控制技術(shù)

3.1 巷道圍巖穩(wěn)定性控制原理

任家莊煤礦巷道圍巖的變形破壞是高應(yīng)力復(fù)合頂板下的低強(qiáng)度支護(hù)帶來(lái)的后果，所以人為干預(yù)就要提高支護(hù)強(qiáng)度來(lái)控制復(fù)合頂板及煤幫，只有這樣才能讓變形區(qū)域趨于穩(wěn)定，巷道圍巖穩(wěn)定控制得以實(shí)現(xiàn)。

(1)提高錨桿索支護(hù)系統(tǒng)的錨固剛度。主要通過(guò)選擇合適的錨固劑與錨固長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)，研究已經(jīng)證明增強(qiáng)錨固剛度可以有效提高錨固力，這是提高錨桿索預(yù)緊力的基礎(chǔ)。尤其在破碎軟弱的煤巖體中，通過(guò)選擇合適的錨固劑與錨固長(zhǎng)度，提高錨固剛度對(duì)于施加高水平的預(yù)緊力有著重要意義。

(2)提高支護(hù)應(yīng)力場(chǎng)與其有效擴(kuò)散度。主要通過(guò)3種途徑實(shí)現(xiàn)：①提高錨桿索的預(yù)緊力水平；②提高護(hù)表構(gòu)件的面積與剛度；③調(diào)整錨桿索的支護(hù)角度。增強(qiáng)錨固剛度后的破碎圍巖體，依靠強(qiáng)有力的支護(hù)系統(tǒng)形成有效擴(kuò)散的高預(yù)應(yīng)力場(chǎng)對(duì)圍巖淺部的非連續(xù)變形進(jìn)行控制，如裂隙、破碎擴(kuò)容等變形，在初期防止圍巖變形進(jìn)行主動(dòng)及時(shí)的控制，充分發(fā)揮連續(xù)巖體自身的主動(dòng)承載能力，進(jìn)而抵抗應(yīng)力重新分布過(guò)程中巷道圍巖的變形移動(dòng)。

(3)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)巷道圍巖。在已經(jīng)變形破壞嚴(yán)重的地段，有必要進(jìn)行補(bǔ)打錨桿、錨索，防止后續(xù)圍巖變形進(jìn)一步增加。

3.2 巷道圍巖穩(wěn)定性控制方案

依據(jù)控制原理與原則，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)條件，提出“高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力錨錨桿錨索支護(hù)方案”的控制方案，先增強(qiáng)錨桿索的錨固剛度以獲得足夠的抗拉拔力，為施加足夠的預(yù)緊力奠定基礎(chǔ)，然后提高錨桿索的預(yù)應(yīng)力以提高圍巖自身的承載能力，最后在變形破壞地段進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)整條巷道的圍巖穩(wěn)定性控制。具體方案如圖9所示。

圖9 210504回風(fēng)巷新支護(hù)方案

210504工作面回風(fēng)巷掘進(jìn)寬度為4 400 mm、高度為3 623 mm，沿煤層頂板掘進(jìn)。由圖9可知，頂板布置5根錨桿、2根錨索，下幫為4根錨桿、2根錨索，上幫為4根錨桿、3根錨索。錨桿為φ22mm×2 500 mm、屈服強(qiáng)度不低于400 MPa左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，頂錨桿間排距900 mm×1 000 mm，幫錨桿間排距900 mm×800 mm。配套拱型高強(qiáng)度托盤，力學(xué)性能與錨桿匹配，鋼號(hào)不低于Q235，規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm，拱高不低于34 mm，配調(diào)心球墊和減阻尼龍墊圈。頂板配W鋼帶，長(zhǎng)4 380 mm、寬280 mm、厚4 mm。每根錨桿安裝1支MSK2350和1支MSZ2370錨固劑，抗拔力大于120 kN，即張拉泵讀數(shù)大于30 MPa。錨桿預(yù)緊扭矩>400 N·m，利用扭矩倍增器(放大倍數(shù)5倍)擰緊螺母。垂直巖面打設(shè)，誤差±5°。

錨索為φ21.98 mm×6 300 mm、19股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線；頂錨索間排距1 800 mm×2 000 mm，幫部間排距1 800 mm×1 600 mm。配套托盤為300 mm×300 mm×16 mm高強(qiáng)度穹形可調(diào)心托板及配套鎖具，錨索托板高度不低于60 mm，厚度不小于16 mm。每根錨索1支MSK2350和2支MSZ2370樹(shù)脂藥卷，錨索張拉力不低于200 kN，最低不小于設(shè)計(jì)值90%。垂直巖面打設(shè)，誤差±5°。

φ6.5 mm鋼筋編織的鋼筋網(wǎng)；網(wǎng)孔規(guī)格為100 mm×100 mm，搭接不小于100 mm，聯(lián)網(wǎng)用14號(hào)鉛絲雙股扣相連。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及效果分析

在新方案巷道中重新布置“十字監(jiān)測(cè)點(diǎn)”對(duì)該段巷道的變形量進(jìn)行觀測(cè)，并參照原變形數(shù)據(jù)，對(duì)比數(shù)據(jù)變形曲線如圖10所示。

圖10 試驗(yàn)段巷道圍巖監(jiān)測(cè)曲線

由圖10可知，通過(guò)增大護(hù)表面積、提高錨桿預(yù)緊力等高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)理念的采納，巷道支護(hù)效果有明顯改善。采用新支護(hù)方案后掘進(jìn)期間頂板下沉量在40 mm左右，兩幫移近量在262 mm左右，底鼓量在220 mm左右，分別比原錨桿支護(hù)巷道降低59.1%和40.2%左右，到監(jiān)測(cè)的后期，隨著工作面遠(yuǎn)離各測(cè)點(diǎn)各變形都趨于穩(wěn)定，收斂速率均小于1 mm/d，210504膠運(yùn)巷穩(wěn)定性得到有效控制。

5 結(jié)論

(1)任家莊煤礦210504膠運(yùn)巷屬于典型的高應(yīng)力大變形巷道，由于巷道頂板為典型的復(fù)合型頂板，圍巖自身?xiàng)l件差，穩(wěn)定性低、巷道地應(yīng)力水平較高、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，且受淋水影響、原設(shè)計(jì)支護(hù)形式不合理等原因造成了該巷掘進(jìn)15 d底鼓嚴(yán)重的困難局面，兩幫內(nèi)擠明顯。

(2)210504膠運(yùn)巷的變形破壞機(jī)理可以簡(jiǎn)單揭示為：當(dāng)巖體被開(kāi)挖后，由于巖體本身的力學(xué)性質(zhì)較差，在深部高應(yīng)力與采空區(qū)側(cè)支撐壓力的作用下產(chǎn)生較為明顯的脹碎變形，使裂隙發(fā)育充分，尤其是復(fù)合型頂板更容易從其中某一薄層處突破發(fā)生變形破壞。

(3)依據(jù)巷道圍巖的變形破壞機(jī)理，提出提高錨桿索支護(hù)系統(tǒng)的錨固剛度、提高支護(hù)應(yīng)力場(chǎng)與其有效擴(kuò)散度、補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)巷道圍巖等控制原理與原則。借助于工程類比、理論分析和支護(hù)原則，提出“高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力錨錨桿錨索支護(hù)方案”的控制方案，并依據(jù)高水巷段與低水巷段分別調(diào)整對(duì)待。

(4)試驗(yàn)段巷道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，新支護(hù)方案后頂板下沉量在40 mm左右，兩幫移近量在262 mm左右，底鼓量在220 mm左右，分別比原錨桿支護(hù)巷道降低59.1%和40.2%左右，到監(jiān)測(cè)的后期，隨著工作面遠(yuǎn)離各測(cè)點(diǎn)各變形都趨于穩(wěn)定，收斂速率均小于1 mm/d，210504膠運(yùn)巷穩(wěn)定性得到有效控制。