动压巷道柔性锚杆“固—卸—转”支护技术研究

宋晓彪

（山西潞安环保能源开发股份公司五阳煤矿，山西 长治 046205）

随着煤矿井下综合机械化作业程度的不断提高，开采规模和开采强度不断提高，煤炭工作面回采过程中产生的动压现象越发显著。对于一般性的地下工程，加强支护在一定程度上能够保证围岩结构稳定性，但对于动压显现引发的大变形破坏，若采取普通的维护方法，其效果往往不能满足安全生产的要求，且耗费大量的维护成本。因此大量学者对动压巷道围岩变形破坏机理与控制方法进行了研究，取得了丰富的研究成果。在围岩变形破坏机理方面，陈晓祥[1]研究了动压巷道围岩塑性区两类滑移面的分布特征；在动压围岩控制方面，马元[2]提出“卸压—整体支护”理念，转移浅部围岩应力，提高巷道支护结构的承载能力。

本文以五阳煤矿8005 运输巷为工程背景，提出动压巷道柔性锚杆“固—卸—转”支护技术，设计柔性锚杆支护方案，通过分段扩孔卸压技术，合理调整围岩应力场分布，优化巷道围岩应力环境。

1 8005 运输巷围岩变形破坏机理

1.1 生产地质条件

8005 工作面位于80 采区南部，为一仰采工作面。工作面北部为8004 运输巷，南部为文王山北断层，西部为实煤体，东部为80 采区准备巷道，如图1。

图1 8005 工作面采掘工程平面图

1.2 巷道变形破坏特征

现场调研分析可得，巷道变形破坏严重，顶底板移进量超过518 mm，两帮移进量超过722 mm。巷道主要变形部位发生在煤柱侧，煤柱侧肩窝处产生挤压变形，造成顶板下沉、帮部鼓包、锚网失效。

1.3 巷道变形破坏原因

（1）煤层赋存条件

8005 运输巷顶板岩性为砂质泥岩，属于不稳定顶板，加之煤体抗变形能力不及岩石，因此在复杂的应力条件下难以保证巷道的稳定性。

（2）邻近采空区影响

8005 运输巷南边是8006 综放工作面采空区，留设20 m 保护煤柱，工作面的开采活动会改变原岩应力分布状态，而8005 运输巷处在采空区侧向应力集中区域，造成巷道变形破坏严重。

（3）采动影响

8005 工作面回采会严重影响巷道的稳定性，8005 工作面回采速度较快，造成顶板悬顶过大，导致应力无法释放，引起剧烈的矿压显现现象，围岩变形速度快。

综上分析可知8005 运输巷受地质构造和煤巷围岩稳定性影响，应力环境复杂，再加上邻近采空区和采动影响，导致围岩应力集中现象突出，巷道变形严重，稳定性差。

2 柔性锚杆“固—卸—转”支护技术

柔性锚杆“固—卸—转”支护技术的基本原理是：在巷道开挖后，顶板首先利用柔性锚杆使顶板软弱岩层与深部坚硬岩层连成整体，形成具有一定厚度的主动控制承载层，即预应力承载区，控制顶板浅部稳定，此区域内的压应力区不间断、连续完整。其次，打设长锚索，使锚杆与锚索形成整体，对围岩起到协同控制作用，提高锚固体的承载能力。帮部首先打设锚杆，在浅部加固围岩，形成巷道围岩加固区，保证浅部围岩的稳定。最后，施工卸压钻孔，转移巷道围岩应力。考虑到钻孔对浅部围岩强度的影响，提出分段扩孔卸压技术，在巷道锚固层使用小钻孔，避免浅部钻孔产生的塑性区相互贯通，减少钻孔对巷道浅部围岩承载结构的破坏，降低钻孔对巷道支护体强度的影响。在锚固区外、应力峰值点前采用大直径钻孔，多个钻孔形成塑性区相互贯通，形成卸压带，降低巷道围岩高应力，实现应力转移与围岩控制的协同作用。该技术的原理如图2 和图3。

图2 柔性锚杆“固—卸—转”支护原理正视图

图3 柔性锚杆“固—卸—转”支护原理俯视图

3 工业性试验

3.1 “固—卸—转”支护方案

根据现场地质条件及原支护形式，结合柔性锚杆的支护作用，确定巷道“固—卸—转”支护方案。支护参数：顶板5 根柔性锚杆，规格为MSRG1860-17.8/4300，间排距1200 mm×1000 mm，左右两根锚索与垂直面成10°，3 根长锚索，规格为Ф22 mm×6300 mm，1×19 股高强度低松弛预应力钢绞线，间排距2000 mm×1000 mm，两帮帮肩和帮脚锚杆与垂直面成10°，内帮同外帮一样打设锚索，其余不变。给出强动压巷道帮部卸压钻孔参数：未扩孔段卸压钻孔直径120 mm，长度4 m，扩孔段卸压钻孔直径240 mm，长度6 m，间距2000 mm。“固—卸—转”支护图如图4。

图4 柔性锚杆“固—卸—转”支护图（mm）

3.2 巷道表面位移监测结果分析

通过对8005 运输巷63 d 的位移实时监测，将各测站的位移最大值进行统计，将各测站位移量随时间的变化曲线分别绘制于图5 中。结果表明：从巷道受8006 工作面回采影响一直到稳定过程中，巷道顶板下沉量、底鼓量和两帮移近量的最大值分别达到105 mm、323 mm、343 mm，其平均变形速率分别为1.67 mm/d、5.13 mm/d、5.44 mm/d，较原支护方案分别减小了55.7%、54.4%和52.8%。

图5 巷道位移量随距工作面距离的变化曲线

4 结语

（1）分析了动压巷道围岩变形破坏特征及原因， 8005运输巷变形破坏因素为：① 煤层赋存条件；② 邻近采空区影响；③ 采动影响。

（2）根据动压巷道围岩变形破坏特征，基于应力转移原理，提出柔性锚杆“固—卸—转”支护技术，先采用柔性锚杆加强支护，然后采用分段扩孔卸压技术，在锚固区内施工小直径钻孔，减少对支护体的影响，锚固区外施工大直径钻孔，转移围岩应力。

（3）设计“固—卸—转”支护方案，在8005运输巷进行工业性试验。结果表明：巷道顶板下沉量、底鼓量和两帮移近量的最大值分别达到105 mm、323 mm、343 mm，其平均变形速率分别为1.67 mm/d、5.13 mm/d、5.44 mm/d，较原支护方案分别减小了55.7%、54.4%和52.8%。