大断面巷道贯通交叉点联合支护技术应用研究

贾 雨

（山西煤炭进出口集团蒲县万家庄煤业有限公司， 山西 临汾 041000）

引言

构成煤矿生产系统的各条巷道是实现煤矿高产高效生产的基础，承担着煤矿井下运输煤、材料、行人和通风等实际工作的需要，井下巷道中往往会产生水平交叉的情况。在大断面巷道贯通交叉点的掘进过程当中，交叉点处原巷道的围岩稳定性将会遭到破坏，围岩应力将会重新分布，并且巷道围岩所承受的水平应力也会大幅度提高。交叉点处呈锐角三角区域是巷道围岩应力集中系数增幅最大的区域，这就导致了该区域成为了交叉巷道围岩变形破坏最严重的区域。井下现场往往在巷道交叉点处出现顶板及两帮岩层剥落、应力集中强、围岩变形量大等现象，严重制约着煤矿安全高效生产的实现，因此保证大断面巷道贯通交叉点围岩稳定性具有积极的技术意义和应用价值。

1 工程背景

某矿目前开采8 号煤层，8 号煤层的平均煤厚为3.05 m，含1 层到2 层的泥岩夹矸。8 号煤层直接顶岩性以砂质泥岩为主，老顶岩性以细粒砂岩、中粒砂岩为主，直接底岩性以炭质泥岩为主，老底岩性以砂质泥岩、粉砂岩为主。如图1 所示，18506 工作面运输顺槽和8 号煤集中皮带巷设计呈“T”形大断面交叉。

2 交叉点支护设计方案

2.1 交叉点支护设计原则

图1 两条巷道“T”形大断面交叉示意图

基于相关研究成果，巷道交叉点处的支护应先以三角区域以及顶板岩层卸压区域作为重点区域，以此达到控制交叉巷道顶板岩层变形，保证围岩稳定性和整体性的目的。结合8 号煤层顶底板岩性均比较软弱的实际情况，通过锚杆和锚索支护能够显著提升巷道顶板围岩的整体承载能力，通过巷道顶板顶角倾斜打设锚杆可以将巷道顶板与两帮围岩有机结合起来形成整体锚固结构。针对巷道交叉点三角区域和顶板岩层卸压区域顶板下沉量大、围岩变形严重的特点，必须对这两个区域进行加强支护，运用组合锚索高强度锚固方式可以达到局部加强支护的效果。综上所述，巷道交叉点支护设计采用锚网索喷联合支护方式，特殊区域采用组合锚索加强支护方式[1-2]。

2.2 交叉点支护设计参数

2.2.1 18506 工作面运输顺槽支护设计参数

巷道断面及尺寸：矩形，宽5.2 m、高3.1 m，沿顶割底掘进。

支护方式：锚网索喷。

2.2.1.1 顶板支护

喷浆：喷射混凝土厚50 mm，用于封闭巷道表面岩层。

顶锚杆：采用Φ20 mm 高强度螺纹钢锚杆，长度2 200 mm，外露100 mm，采用S2360 型锚固剂1 卷、Z2360 型锚固剂1 卷，间距940 mm，距侧帮250 mm，排距900 mm，预紧扭矩100 m·N。

顶锚杆托板：采用穹形钢托板，长×宽×厚为125 mm×125 mm×10 mm。

顶锚索：采用Φ15.24 mm 钢绞线制作而成，长度7 200 mm，外露200 mm，采用S2360 型锚固剂1 卷、Z2360 型锚固剂2 卷，每排布置2 根，间距2 000 mm，距侧帮1 600 mm，排距2 700 mm，预紧力100 kN。

顶板锚索托板：采用尺寸为300 mm×300 mm×14 mm 钢板切割而成，配长度为300 mm 的14 号钢槽短梁。

顶板金属网：采用Φ6.5 mm 钢筋焊接而成，网格尺寸120 mm×120 mm，相邻两片金属网搭接100 mm，每隔200 mm 联网两道。

2.2.1.2 两帮支护

喷浆：两帮距顶板600 mm 范围内喷射混凝土，厚度20～30 mm，用于封闭巷道表面岩层。

帮锚杆：采用Φ18 mm 圆钢锚杆，长度2 000 mm，外露100 mm，采用Z2340 型锚固剂2 卷，间距850 mm，距顶板250 mm，距底板300 mm，排距900 mm，预紧扭矩60 m·N。

帮锚杆托板：采用穹形钢托板，长×宽×厚的尺寸为100 mm×100 mm×8 mm。

两帮金属网：Φ3 mm 铅丝编制而成菱形网，网格尺寸50 mm×50 mm，相邻两片金属网搭接100 mm，每隔200 mm 联网两道。

2.2.1.3 特殊地质条件下架棚支护

当遇到顶板岩层破碎等特殊地质条件时，将两排锚索中间增打1 根相同型号长度的锚索，以形成“三花”布置形式，必要情况下增设架棚支护形式。

图2 所示为18506 工作面运输顺槽支护方案示意图。

图2 18506 工作面运输顺槽支护方案示意图（单位：mm）

2.2.2 8 号煤集中皮带巷支护设计参数

巷道断面及尺寸：矩形，宽5.2 m，高3.45 m，沿顶割底掘进。

支护方式：锚网索喷。

2.2.2.1 顶板支护

喷浆：喷射混凝土厚100 mm，用于封闭巷道表面岩层。

顶锚杆：采用Φ20 mm 高强度螺纹钢锚杆，长度2 200 mm 外露100 mm，采用S2360 型和Z2360 型锚固剂各1 卷，间距940 mm，距侧帮250 mm，排距900 mm，预紧扭矩100 m·N。

顶锚杆托板：采用穹形钢托板，长×宽×厚为125 mm×125 mm×10 mm。

顶锚索：采用Φ15.24 mm 钢绞线制作而成，长度7 200 mm，外露200 mm，采用S2360 型锚固剂1卷、Z2360 型锚固剂2 卷，每排布置2 根，间距2 000 mm，距侧帮1 600 mm，排距2 700 mm，预紧力100 kN。

顶板锚索托板：采用尺寸为300 mm×300 mm×14 mm 的钢板切割而成，配长度为300 mm 的14 号钢槽短梁。

顶板金属网：采用Φ6.5 mm 钢筋焊接而成，网格尺寸120 mm×120 mm，相邻两片金属网搭接100 mm，每隔200 mm 联网两道[3-5]。

2.2.2.2 两帮支护

喷浆：全高范围内喷射混凝土厚度100 mm，用于封闭巷道表面岩层。

帮锚杆：采用Φ18 mm 的Q235 圆钢锚杆，长度为2 000 mm，外露100 mm，采用Z2340 型锚固剂2卷，间距9 000 mm，距顶板300 mm，距底板400 mm，排距900 mm，预紧扭矩60 m·N。

帮锚杆托板：采用穹形钢托板，长×宽×厚为100 mm×100 mm×10 mm。

两帮金属网：采用Φ6.5 mm 钢筋焊接而成，网格尺寸120 mm×120 mm，相邻两片金属网搭接100 mm，每隔200 mm 联网两道。

2.2.2.3 特殊地质条件下架棚支护形式

当遇到顶板岩层破碎等特殊地质条件时，将两排锚索中间增打1 根相同型号长度的锚索，以形成“三花”布置形式，必要情况下增设架棚支护形式。

下页图3 所示为8 号煤集中皮带巷支护方案示意图。

2.2.3 特殊区域加强支护方式

图3 8 号煤皮带运输巷支护方案示意图（单位：mm）

结合相关研究实践成果，在巷道交叉点的三角区域和顶板卸压区域布置组合高强锚索，沿巷道中轴线呈“T”形布置形式，锚索采用Φ15.24 mm 钢绞线制作而成，长度9 000 mm，外露200 mm，采用S2360 型锚固剂1 卷、Z2360 型锚固剂2 卷，预紧力130 kN。锚索托板采用尺寸为300 mm×300 mm×16 mm 的钢板切割而成，配长度为300 mm 的14 号钢槽短梁。锚索间距3 500 mm，排距3 500 mm。图4所示为交叉点锚索补强支护方案示意图。

3 支护效果监测

为检验本次大断面巷道贯通交叉点处的支护设计效果，在巷道交叉点处布置顶板离层仪进行实时监测，其中浅基点布置于锚杆上端处同一高度，深基点布置于锚杆上方稳定岩层内300～500 mm，无稳定岩层时，不低于巷道跨度的1.5 倍，并记录位移数据进行分析研究。图5 所示为巷道交叉点处顶板离层仪数据统计情况。

如图5 所示，对顶板离层统计数据进行分析可以得出，在支护初期，锚固区域内离层量要大于锚固区域外的离层量；在支护初期，顶板离层值呈增长的趋势，但增长态势相对来说比较平缓，并没有表现出急剧增长的现象，说明预应力在支护初期就具备一定的支护能力，可以限制顶板的初期变形。20 d 之后，顶板变形趋于稳定，总离层量控制在27 mm 左右，锚固区域内顶板得到了很好的控制，说明对于交叉点顶板的支护来说，基本支护加组合锚索加强支护的方案是可行的[6-9]。

图4 交叉点锚索补强支护方案示意图（单位：mm）

图5 巷道交叉点处顶板离层仪数据统计情况

4 结语

基于相关研究成果，对巷道交叉点处三角区域等重点区域采用组合锚索支护形式进行补强支护，整体设计方案可以形成良好的锚固结构。通过顶板离层监测结果表明，顶板离层量能够保持稳定，符合使用要求，达到了良好的支护效果。支护设计方案可以推广应用到该矿8 号煤其他大断面巷道贯通交叉点的支护当中，具有积极的技术借鉴意义和应用价值。