摘要：通过对深部软岩巷道破坏原因的分析，针对此类型巷道的特点提出了矩形断面锚梁网+锚索联合支护的设计思路，利用 FLAC3D有限元软件对设计方案进行了力学分析，通过现场施工监测，该施工方案可以有效控制围岩变形，为锚杆支护设计提供新的思路。
关键词：锚梁网；锚索；软岩巷道
深部软岩巷道受压变形快，巷道破坏严重，围岩变形量大，受采动影响明显等给井下支护工作造成了严重的安全隐患，也是井下巷道支护的难点。在变形巷道中纯锚杆支护只能在短时间内控制围岩的变形，要想取得理想的支护效果，就必须采取有针对性的补强支护措施。
1、软岩大变形巷道的支护特性分析
软岩大变形巷道围岩以泥岩、砂质泥岩为主，岩体破碎，单轴抗压强度较低，胶结性差，并含有大量的亲水性矿物，易分化潮解。当煤矿埋深较大时，巷道会出现明显的变形破坏：
（1）巷道顶板下沉量大，变形速度快，持续时间长，处于巷道顶部的锚杆在顶板离层的作用下已难以达到稳定岩层范围，破碎围岩在变形加剧的影响下，造成了锚杆的锚固失效。
（2）帮部变形呈现不对称性，巷道会出现向一边收敛的趋势。由于变形的剧烈，大部分帮部锚杆出现螺母压坏托板的现象，失去托板承托效应的锚杆锚固力明显减弱。
（3）巷道底部出现大量的底鼓现象，并且底鼓的出现与顶板下沉、帮部收敛同时发生，相互影响，形成恶性循环。
（4）巷道围岩对扰动极为敏感，当受到采动等影响时，会发生剧烈的变形，甚至整体失稳破坏〔1〕。且巷道围岩表面由于大量的亲水性矿物的存在，风化、潮解现象严重，进一步加剧了巷道的变形。
2、软岩变形巷道支护设计原则
对于软岩变形巷道的支护设计可以使用锚梁网+锚索支护设计，较大断面巷道设计可以提供较大的变形预留量，增加巷道变形的安全系数；锚杆支护可以改变围岩的物理力学性质，有效地约束围岩变形。钢带的施加可以充分发挥锚杆的主动支护效能，提高锚杆支护的整体性，并与锚杆一起形成锚梁来控制围岩变形。
3、锚梁网+锚索支护技术
锚梁网+锚索支护技术是利用钢带将锚杆、锚索组合在一起，共同支护围岩的锚固体系。连接在一起后，大大提高了锚梁的抗弯性能，同时钢带的存在也加强了巷道顶部的承托能力。与传统的架棚支护相比，不仅施工速度快，而且可以充分的发挥锚杆的主动支护能力。
3.1 锚杆设计
锚梁网+锚索支护技术认为在松软破碎岩层中锚杆的主要作用是提供轴向和切向约束，控制顶板的下沉，将顶部潜在危险薄岩层组合成一个较厚的岩层，形成锚梁，通过锚梁结构提高顶板的稳定性与整体性。因此锚杆的设计要遵循高密度、高强度的支护原则。
3.2 钢带设计
钢带的主要作用是将锚杆连接在一起，协调锚杆形成的锚梁的变形，扩大锚杆的有效锚固范围及顶板锚梁的承托范围，同时由于钢带的存在可以给锚杆施加较大的初锚力，真正实现锚杆的主动支护。钢带按断面形状分为平钢带、W 形钢带及 M 形钢带。其中 M 形钢带由于抗弯性能较强，适宜于软岩大变形巷道的锚杆支护。钢带的拉断载荷 p 可以近似用下式计算〔3〕
p =（b － d）tσb
式中 b———钢带宽度，m；
d———钢带锚杆孔直径，m；
t———钢带厚度，m；
σb———钢带的抗拉强度，MPa。
4、数值模拟分析
为了进一步分析锚梁网+锚索支护效果，利用 FLAC3D软件对该支护设计进行数值模拟。模拟参数中围岩条件为砂质泥岩、炭质泥岩、煤层，边界条件为：左右边界水平方向无位移，垂直方向无约束，上边界施加垂直向下压力以模拟岩层压力，用锚杆单元模拟锚杆，用梁单元模拟钢带，梁与岩层之间设有接触面。〔4〕支护模型图（见图 1）
图 1 支护模型图
通过 Z 方向位移云图可以看出进行锚梁网+锚索支护后，巷道的顶板下沉量得到明显的控制，同时钢带使锚杆支护的范围扩大，支护体系的整体性增强。在巷道的垂直应力云图中可以发现顶板附近拉应力为零的单元体明显减少，顶板中的潜在危险单元体也得到了有效抑制。通过模拟发现软岩巷道的水平应力一般最大值出现在巷道的两帮，此时若两帮水平应力过大，为保证支护效果，可以在两帮分别加打锚索扩大锚固范围。
5、工程实例
潘一东矿井1252（1）轨顺底板巷，埋深约为848 m，围岩以泥岩、炭质泥岩为主。原先设计为纯锚网喷支护，随后在掘进过程中部分巷道呈现大变形特征，因此对该部分巷道支护设计调整为锚联网+M钢带+锚索联合支护，设计参数如下：巷道矩形断面高×宽为4.4×3.2m；锚杆规格为Φ22×2500mm，顶帮部锚杆分别Z2360、Z2860树脂锚固剂各2卷；锚杆间排距 800×800mm；网片顶部采用10#镀锌铁丝菱形网，规格为5000×1000 mm，帮部网片规格为3200×1000 mm；锚索采用 Φ21.8×7300 mm，Z2360树脂锚固剂4卷，间排距1100×2400mm，布置方式为3-0-0-3即每隔两排布置3套。锚索钢带采用 M 型钢带，4200×190×5mm，垂直巷道顶板布置。对巷道表面位移进行监测见下图 2。从图中可以看出两帮最大位移量为97mm，顶板最大位移量为119mm，均在允许范围内，支护效果较理想。
6、结论
锚梁网+锚索联合支护技术有效地控制了围岩的变形，扩大了锚杆支护的应用范围，提高了支护体系的稳定性，加快了施工速度，为今后在软岩巷道中进行锚杆支护设计提供了参考，也为煤矿安全生产提供的保证。
参考文献：
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[2]袁 溢，漆泰岳，周 恒.巷道锚带支护结构效应及钢带参数数值模拟研究〔J〕.矿冶，2007（6）.
[3]康红普，王金华.煤巷锚杆支护理论与成套技术〔M〕.北京：煤炭工业出版社，2007.
[4]薛顺勋，聂光国，姜光杰，等.软岩巷道支护技术指南〔M〕.北京：煤炭工业出版社，2001.
论文作者:刘超灵
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/3
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