软岩巷道松动圈测试及锚杆支护技术应用

韩东兴++赵庆涛

摘要：本文针对软岩巷道的实际情况，通过分析围岩松动圈原理，应用超声波探测巷道围岩松动圈范围，依据探测结果，确定巷道支护参数。现场监测结果表明，巷道支护效果良好，支护取得了成功，为同等地质条件下巷道围岩支护提供了依据。

0 引言

软岩巷道支护是我国煤矿支护的难题，也是我国科研工作者研究的主要课题之一。本文以八连城煤矿11914运输顺槽为研究对象，根据围岩松动圈理论和现场测试结果，确定巷道支护参数，为同等地质条件下的巷道支护设计提供依据。

1 工程地质概况

八连城煤矿11914运输顺槽属煤层巷道，巷道顶板及两帮，煤层松软，支护难度大，巷道断面按矩形设计，宽4.4m，高3.0m。巷道布置在19号煤层中。掘进范围内煤层赋存稳定，19号煤层平均煤层厚度为2.50m，顶板为粉砂质泥岩，底板为粉砂岩，根据现场情况，采用松动圈理论进行支护设计。

2 围岩松动圈及现场测试

2.1 围岩松动圈

围岩松动圈反应了巷道稳定的程度，巷道支护的重点是松动范围内的岩体自重和深部围岩的部分弹性变形及松动围岩的碎胀变形。因此，锚杆支护的作用就是防止围岩松动圈发展过程中所产生的有害变形。松动圈越大，围岩稳定性越差，需要支护的强度越大。

2.2 巷道围岩松动圈测试

检测巷道选择在11914工作面下顺槽，巷道布置三个测面，测点间距25m，利用PHD-2型声波检测仪进行围岩松动圈的原位测定工作，通过对声波在岩石内传播的变化情况对围岩的塑性破坏行为进行分析。

2.3 巷道支护方案

根据围岩松动圈原理和现场测试结果，考虑到围岩松软破碎，11914上顺采用锚网索联合支护方式，巷道支护参数计算如下：

1 锚杆长度计算

（1） 锚杆长度L：

L顶=L1+L2+L3=0.15+1.5+0.4=2.05（m）

式中：

L顶---顶锚杆长度 m；

L1---锚杆外露取0.15m；

L2---由PHD—2型声波检测仪测定巷道围岩松动圈，取1.5m；

L3---锚杆锚固长度取0.4m

则巷道顶板锚杆长度取L=2.4m﹥2.05m；符合设计要求。

L帮=L1+L2+L3=0.1+1.5+0.4=2.0（m）

式中：L帮—帮锚杆长度m；

L1—锚盘厚度和锚杆螺母高度的和m，取0.1m；

L2—由PHD—2型声波检测仪测定巷道围岩松动圈m，取1.5m；

L3—锚杆锚固长度m；取0.4m

则巷道两帮锚杆长度取L=2.0m；符合设计要求。

（2）顶板与两帮锚杆间距、排距D的确定：

D（顶板）≤0.5·L=0.5×2.2=1.1m

D（两帮）≤0.5·L=0.5×2.0=1.0m

经计算，顶板锚杆间距D取0.8m<1.1m、排距D取1.0m<1.1m；巷道两帮锚杆间距D取0.8m<1.0m、排距D取1.0m=1.0m，符合设计要求。

（3）顶板与两帮锚杆直径d的确定：

d（顶板）=L有效/110=2050÷110=18.64（mm）

d（两帮）=L有效/110=1900÷110=17.27（mm）

经计算，顶板锚杆直径d取22mm>18.64mm；巷道两帮锚杆直径d取18mm>16.82mm。

（4）顶板锚杆锚固力Q的确定：

Q=K·L2·D2·r=2.0×1.5×1.02×2.289=6.867（t）

式中：

Q---锚杆锚固力t；

K---锚杆安全系数；取2.0；

L2---锚杆有效长度；取1.5m；

D---锚杆排距1.0m；

r---视密度，t/m3；取2.289t/m3

（6）锚杆的选择：

巷道顶板与两帮锚杆选择分别为；顶板采用HRB335右旋螺纹钢锚杆L=2.4（m），直径φ=22mm，HRB335右旋螺纹钢承载能力>Q=6.867（t）；两帮采用左旋等强度锚杆，L=2.0（m），直径φ=18mm，左旋等强度锚杆承载能力>Q=5.15（t）；左帮到停采线后改用树脂锚杆，L=1.8（m），直径φ=18mm。

2.4 支护效果

巷道施工后，对支护效果进行观测，结果表明：巷道顶底板最大移近量为140.2mm；两帮最大移近量130.6mm。巷道开挖支护后60天左右围岩变形趋于稳定，围岩总体收敛量不大，后期的日收敛速率顶底板平均为0.08mm/d，两帮平均为0.09mm/d，说明巷道收敛已经趋于稳定，巷道支护的稳定性与安全性得到保证。

3 结论

（1）通过测试结果可知，巷道围岩顶板松动圈范围为1.5m，左帮巷道围岩松动圈为1.2m，右帮巷道围岩松动圈为1.2m。

（2）围岩松动圈反应了巷道稳定的程度，巷道支护的重点是松动范围内的岩体自重和深部围岩的部分弹性变形及松动围岩的碎胀变形。锚杆支护对围岩松动圈的发生和发展影响不大。

（3）围岩松动圈理论成功应用在巷道支护设计中，并取得经济效益，为同等条件下巷道支护设计提供了依据。

参考文献：

[1]何满潮，袁和生，靖洪文.中国煤矿支护理论与实践[M].北京：科学出版社，2004.

[2]何满潮，等.软岩的概念及其分类[M].北京：煤炭工业出版社，1999.

作者简介：

1.韩东兴，吉林珲春，现任珲春矿业（集团）地质科长

2.赵庆涛，黑龙江牡丹江，现任珲春八连城煤矿技术副科长