摘要：針對平煤四礦己15-23110機(jī)巷高應(yīng)力復(fù)合頂板支護(hù)困難問題，采用根據(jù)懸吊和組合梁理論設(shè)計的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力可變形讓壓錨桿和均壓鳥窩錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，并進(jìn)行了巷道圍巖變形觀測和錨桿拉拔試驗。結(jié)果表明，該支護(hù)方式有效控制了高應(yīng)力、復(fù)合頂板下巷道變形，為工作面安全回采提供了保證。
引言
目前，錨桿支護(hù)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類煤礦巷道之中，它具有成本低、強(qiáng)度高、讓壓性好、勞動強(qiáng)度小和施工安全等優(yōu)點，得到了廣泛使用。據(jù)統(tǒng)計，目前國有重點煤礦平均錨桿支護(hù)率已達(dá)到60%，有些礦區(qū)錨桿支護(hù)率超過90%，甚至達(dá)到100%。但是，隨著采深的不斷增加和巷道斷面增大，高應(yīng)力、復(fù)合頂板等特殊地質(zhì)條件的出現(xiàn)，巷道支護(hù)問題更加突出，頂壓、側(cè)壓、底鼓較為嚴(yán)重，錨桿、錨索破斷現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴(yán)重威脅著礦井的安全生產(chǎn)。本文以平煤四礦己15-23110機(jī)巷為例，采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力可變形讓壓錨桿和均壓鳥窩錨索支護(hù)技術(shù)，有效控制了巷道圍巖變形，為工作面安全回采提供了保證。
1工程概況
平煤四礦己15-23110機(jī)巷位于己三東翼下部，上下階段均為實體煤，西為己三西翼總回風(fēng)、己三軌道下山和己三皮帶下山，東為一礦井田邊界，回采垂深在860～990m之間，為深部高應(yīng)力巷道，巷道斷面為矩形，尺寸為2.8m×4.6m。頂板巖性比較復(fù)雜，己15-23110機(jī)巷頂板以上10.0m范圍內(nèi)分別為粉砂質(zhì)泥巖，炭質(zhì)泥巖（含煤線），粉砂質(zhì)泥巖，己14煤層、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和細(xì)沙巖，屬于復(fù)合頂板。
由于是高應(yīng)力、復(fù)合頂板，造成巷道支護(hù)困難。巷道在掘進(jìn)過程中的圍巖壓力顯現(xiàn)明顯，頂壓、側(cè)壓、底鼓都較為嚴(yán)重，錨桿、錨索破斷時有發(fā)生，不但增加成本，降低了經(jīng)濟(jì)效益，而且嚴(yán)重威脅著礦井的安全生產(chǎn)。
2主要問題及分析
2.1原支護(hù)參數(shù)巷道初期采用錨網(wǎng)錨索聯(lián)合支護(hù)形式，主要參數(shù)如下：①錨桿。錨桿采用？準(zhǔn)20mm×2000mm左旋高強(qiáng)讓壓錨桿，頂錨桿間排距700mm×700mm，幫錨桿間排距：上幫，800mm×700mm，下幫，750mm×700mm。②錨索。采用？準(zhǔn)22mm的19股預(yù)應(yīng)力錨索，長度為6.5m，排距700mm，每排5根。③W型鋼帶。頂鋼帶規(guī)格為200mm×4400mm，上幫鋼帶200mm×3100mm，下幫鋼帶200mm×2400mm。
2.2主要問題分析現(xiàn)場觀測表明，在原有支護(hù)系統(tǒng)下，巷道頂板和兩幫變形量很大，錨桿、錨索破斷問題時有發(fā)生。在掘進(jìn)后一個月內(nèi)，巷道頂?shù)装逡平科骄鶠?.6～0.8m，兩幫移近量平均為0.3～0.5m，個別地方高達(dá)1.0m，需每隔一段時間對巷道進(jìn)行維修，影響了巷道的正常使用。從巷道支護(hù)系統(tǒng)分析，主要存在以下不足：
?、賹﹀^桿、錨索在復(fù)合頂板條件下對巖體的加固與圍巖補(bǔ)強(qiáng)作用機(jī)理認(rèn)識不足。錨桿支護(hù)是通過懸吊作用和組合梁作用將錨桿錨入圍巖內(nèi)部來改變圍巖自身的力學(xué)狀態(tài)，以達(dá)到維護(hù)巷道穩(wěn)定的目的。需將錨桿錨固在巖層較厚、巖性較好的頂板泥巖上，錨索需將端頭錨入頂板巖性較好的巖層中，而原有的支護(hù)參數(shù)不能滿足上述要求。
?、阱^索和錨桿系統(tǒng)的耦合設(shè)計難以達(dá)到共同支護(hù)頂板的作用。在支護(hù)的耦合設(shè)計中，錨桿、錨索的變形要與圍巖變形保持同步，而在復(fù)合頂板條件下，由于巷道頂板巖性不同，造成錨桿、錨索在不同部位的變形不同，錨桿、錨索破斷問題時有發(fā)生。
?、坼^桿的讓壓裝置讓壓點不明確而且穩(wěn)定性差。合理的讓壓性能應(yīng)該做到錨桿在一定預(yù)應(yīng)力內(nèi)穩(wěn)定讓壓，以保證巷道支護(hù)效果和防止錨桿破斷。而現(xiàn)場觀測表明，有很多錨桿讓壓裝置沒有達(dá)到預(yù)應(yīng)力而提前讓壓，以致巷道穩(wěn)定性較差。
3支護(hù)方案與支護(hù)效果監(jiān)測
3.1支護(hù)方案根據(jù)上述原因分析和多年支護(hù)經(jīng)驗，經(jīng)過數(shù)值分析后，決定改進(jìn)支護(hù)參數(shù)，確定支護(hù)方案如下：
采用可變形讓壓錨桿+鳥巢錨索+W鋼帶聯(lián)合支護(hù)形式，主要參數(shù)如下：
①錨桿。錨桿采用？準(zhǔn)20mm×2400mm高強(qiáng)高預(yù)應(yīng)力可變形讓壓錨桿，頂錨桿間排距800mm×800mm，幫錨桿間排距：上幫，900mm×700mm，下幫，950mm×700mm，錨桿安裝應(yīng)力：60KN，讓壓點：150KN。
②錨索。采用？準(zhǔn)17.8mm的19股耦合讓壓鳥窩錨索，長度為8.5m，排距800mm，每排3根。托盤采用高強(qiáng)球形耦合讓均壓管，尺寸為300mm×300mm×12mm。
?、踂型鋼帶。頂鋼帶規(guī)格為2.5mm×4400mm，上幫鋼帶2.5mm×3100mm，下幫鋼帶2.5mm×2400mm。
3.2支護(hù)效果監(jiān)測采用可變形讓壓錨桿+鳥巢錨索+W鋼帶聯(lián)合支護(hù)后，在巷道內(nèi)每隔10米設(shè)置表面位移測站，總計安裝6個測站，監(jiān)測巷道頂幫及底板移近量。同時對錨桿進(jìn)行了拉拔試驗，監(jiān)測錨桿的整體變形能力。通過支護(hù)完成后1個月的礦壓監(jiān)測，得到測站的巷道變形量和拉拔試驗數(shù)據(jù)。
巷道在開挖支護(hù)完成一個月內(nèi)，斷面收縮率較小，巷道變形以頂板下沉為主，兩幫平均累計移近量不超過100mm，頂?shù)装迤骄塾嬕平坎怀^250mm，與原來相比巷道移近量減少50%以上，巷道圍巖控制效果較好。由圖4可以看出，在拉拔初期，由于受鉆機(jī)安裝載荷影響，錨桿頭位移曲線變化很小；當(dāng)拉拔力從30KN上升到200KN時，錨桿頭位移曲線雖有小波動，但基本呈線性變化，說明錨桿處于彈性變形階段，錨桿系統(tǒng)沒發(fā)生明顯破壞；在拉拔力大于200KN時，錨桿頭位移曲線變陡，錨桿屈服明顯。說明錨桿在200KN以內(nèi)，錨桿支護(hù)系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計要求。
4結(jié)論
①錨桿（索）支護(hù)是根據(jù)組合梁的理論進(jìn)行設(shè)計，尤其在高應(yīng)力、復(fù)合頂板條件下，懸吊和組合梁理論顯得尤為重要。采用可變形讓壓錨桿+鳥巢錨索+W鋼帶聯(lián)合支護(hù)的方法，能夠形成組合加固拱結(jié)構(gòu)，減少頂板離層，提高了圍巖的整體支護(hù)能力。
②一定要結(jié)合實際礦井的地質(zhì)條件和巷道情況來選定合理的錨桿、錨索、金屬網(wǎng)及支護(hù)密度等技術(shù)參數(shù)。在高應(yīng)力、復(fù)合頂板條件下，要根據(jù)復(fù)合頂板的地質(zhì)狀況，合理選定錨桿、錨索的技術(shù)參數(shù)，保持與圍巖整體的同步協(xié)調(diào)變形能力，以此來達(dá)到控制巷道圍巖變形的目的。
③實踐證明，在己15-23110機(jī)巷改進(jìn)支護(hù)設(shè)計參數(shù)后，支護(hù)質(zhì)量和支護(hù)強(qiáng)度均達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計要求，有效控制了高應(yīng)力、復(fù)合頂板的圍巖變形，提高了巷道掘進(jìn)速度，也為同類巷道的支護(hù)提供了成功經(jīng)驗。
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