高应力软岩巷道锚杆支护参数优化

刘春阳

（湖南省煤业集团湘永矿业有限公司，湖南 永兴 423315）

1 概况

铜角湾煤矿主采6煤层，-550m南底板运输大巷为全岩巷道，北起于立井-550m水平主石门，南至井田南边界，坡度为3‰，净宽为3.0m，净高为2.8m，总长1138m，主要位于6煤层底板粉砂岩、细砂岩中，部分位于泥岩中。巷道设计为半圆拱形，采用全断面一次光面爆破成巷。巷道设计采用锚杆支护，顶部和两帮锚杆均使用Φ35×1200mm管缝式金属锚杆，间排距800×800mm，托盘150mm×150mm×6mm，金属网900×1700mm×6mm，喷浆厚度≮100mm。巷道掘进中经常出现片帮、变形、底鼓，严重时支护完全失效，急需进行支护设计优化。

2 煤层底板岩性及裂隙探测

2.1 煤层底板岩性研究

6煤层直接底为薄层细砂岩，局部为粉砂岩，水平或缓波状层理，厚0～7m，均厚约3m，底板较平整。通过RMT-150微机控制电液伺服岩石力学试验机对6煤直接顶、基本顶、底板进行检测，得到6煤层底板试件抗压组试件的峰值荷载84.44kN、抗压强度44.69MPa、弹性模量1.3121×104MPa、泊松比0.129。对照软岩分级参数表，可以确定6煤层底板岩性为高应力软岩。

图1 -550m南底板运输大巷支护示意图

2.2 围岩裂隙发育深度探测

对条件类似的3268工作面底板通风上山进行6煤底板岩石裂隙深度探测。在巷道围岩上施工钻孔，深度6m，直径42mm。采用YTJ-20岩层探测记录仪观测得知：孔口岩层破碎最为严重，围岩呈现松散破碎状态，岩层破碎松散范围为0～0.36m，明显的裂隙发育范围在0.36～0.63m，0.63～0.91m范围仅出现少量细小裂纹，再往里岩层较完整。

表1 高应力软岩分级情况表

3 锚杆合理长度的确定

根据上述观测结论，认为在不支护的情况下，高应力软岩巷道开掘后，岩层破碎离层范围为0～0.63m，细小裂纹范围为0.63～0.91m。因此，锚杆有效长度应该在0.63～0.91m内取值，过长则影响单进，综合考虑取0.91m。

锚杆长度L由外露长度L1、有效长度L2、锚固长度L3组成。外露长度L1取决于锚杆类型，一般取0.1～0.15m，取0.15m；锚固长度L3一般取0.3～0.4m，顶板软弱时取0.4m；锚杆有效长度L2是围岩的不稳定层的厚度，为0.91m。因此，锚杆长度L=L1+L2+L3=1.46m。

由于-550m底板大巷难以避开“龟形结核”泥岩，岩性更软弱，近于极高应力软岩。通过上述计算可见，原支护设计采用的1.2m锚杆太短，宜改用Φ35×1600mm管缝式金属锚杆，采用CK2850树脂锚固剂锚固。

4 应用效果

通过增加锚杆长度，将锚杆长度由1200mm增加到1600mm，-550m南底板运输大巷后续施工的760m巷道锚网喷支护质量有了显著提高，片帮、变形、底鼓大幅减少。

锚网喷支护工艺简单、操作简便、安全可靠、经济合理，是煤矿高应力松软、破碎岩层支护的宜选支护形式。