摘要：深井地压问题是矿井开采达到一定深度后出现的一大技术难题。通过对高应力软岩交岔点各项支护技术的研究分析，总结出深部矿井要支的有力、护的合理、卸得适度、注的牢固，防止巷道跨落。面对淮南矿区自然地质条件，巷道埋藏越深，岩爆越多，冲击地压越大，地温越高，瓦斯涌出越多，稳定性越差，支护也越困难。本文通过对顾桥矿北一11-2轨道下山高应力软岩交岔点，锚网+套棚支护形式，喷注浆加固方法，锚索钢带补强技术，特别是底脚锚索钢带的应用实践，认为联合支护方式是深部矿井高应力软岩巷道的重要施工支护技术，底脚锚索钢带是有效的补强手段。
关键词：深部矿井；高应力；软岩交岔点；支护技术
一、前言
顾桥煤矿第一水平-780m水平的开拓巷道，即属于深井高地压巷道，从下山采区巷道的维护状况可以看到，随着采深的增加，巷道明显呈现高应力特征，围岩持续变形及底鼓，采用金属U型棚支护及补强锚索支护都不能有效的控制围岩的变形。如北一11-2轨道下山内1124（1）运顺提料斜巷交岔点拨门位置，主巷已掘出，巷道设计断面5.2×4.2m，架29U型棚，巷道施工不到半年的时间，断面变为4.2×2.8m，有的地方甚至更小，导致北一11-2轨道下山不能正常使用，高应力软岩巷道已成为制约顾桥矿高产高效的瓶颈。
二、概况
（一）、工程概况
1124（1）运顺提料斜巷交岔点位于北一11-2轨道下山-880m处，永久巷道，设计总长度18.3米，主巷长度14.3米已施工，净断面5.2×4.2米，支巷净断面4.8×4.0米，最大跨度10.8米，最大高度6.2米。设计支护形式外锚网内套棚。
（二）、地质概况
1124（1）运顺底板巷提料斜巷交岔点在11-2煤层底板中掘进，先后揭露泥岩、粉砂岩、煤线、泥岩，岩层产状10°～80°∠2～4°。预计巷道顶板距11-2煤层底板法距8.9m，受地质构造影响，围岩松软、易碎，层节理较发育，为典型的碎裂岩体结构类型。
三、交岔点支护技术分析
（一）、支护方式的分析
在深部矿井的高应力软质岩层中，由于变形大、地压大、难支护的特性，交岔点的支护技术主要从支护形式选择和加固技术两方面着手。支护技术的原则是先柔后刚，先抗后让，柔让适度，稳定支护，要允许其适度变形。施工掘进中注意分层分段的掘进顺序，采取小循环，严格做到一掘一锚；交岔点的支护方式首先要采取“锚网”主动支护，以加强直接顶的建梁与加固拱作用，提高顶板岩层的可锚性和可加固性，保证锚杆的锚固力在顶板岩层内的连续传播和有效锚固。永久支护考虑到该交叉点支护承载能力，服务年限，运输提绞能力，综采机电设备体积、重量等必须满足要求，固采用高强度U型棚支护形式，待围岩稳定后，在喷注浆、打锚索加固，最后施工底脚锚索钢带进行补强支护。
（二）、锚网支护方式选择
初次锚杆支护方式主要是改变围岩应力状态，使围岩受预应力约束，使锚固层范围不产生明显离层，并成为连续整体结构，维护破裂的岩石在原位不跨落和限制围岩松动圈形成过程中产生有害的变形，在一定程度上干涉和限制围岩裂缝的扩展，起到挤压加固围岩作用。
1、锚杆长度选择计算（按悬吊原理确定长度）
L=KH+L1+L2
式中：L--锚杆长度
K—安全系数（一般取2）
H—软弱岩层厚度（一般取1.0m）
L1--锚杆外露长度（一般为取0.1m）
L2—锚杆锚入稳定岩层的厚度（一般取0.3m）
将上述参数代入式中
L=2×1.0+0.1+0.3=2.4m
根据以上参数理论计算出锚杆长度，确定使用2.4m以上锚杆，故取2.5m锚杆，全长锚固。
2、锚杆间排距选择计算（按加固拱原理确定间排距）
B=（Ltgα－ａ）／tgα
B--加固拱厚度1.5m
L--锚杆有效长度2.4m
α--锚杆在松散岩体中控制角45°
a--锚杆间排距m
将上述参数代入式中
1.5=（2.4tg45－ａ）／tg45=0.9m
根据以上参数理论计算出锚杆间排距0.9m，施工中锚杆间排距0.8×0.8m。
3、锚杆直径选择计算
高强度锚杆原材料采用延伸率不低于15%，屈服强度不低于33MPa，破断强度不低于490MPａ，抗压分别为20吨至50吨，Φ18至 Φ22的杆体直线度公差≤2mm/m，Φ16的杆体直线公差小于4mm/m。杆体尾部螺线承载力应不小于杆体母材破断力的75%。
D=[F/（1/4πPy）]1/2
D—锚杆直径
F—单根锚杆设计锚固力90KN
Py—锚杆材料屈服强度33MPa
将上述参数代入式中
D=[90/（1/4×3.14×33）]1/2
=0.0186m
根据以上参数理论计算出锚杆直径0.0186m，施工中使用直径0.022m高强锚杆。
4、金属网规格选择
在支承力作用下巷道顶板及两帮容易掉渣及片帮，为防止这种现象发生，除使用锚杆支护外还需要铺设金属网。金属网除了可以防止掉渣及片帮外，还能锚杆之间松动的围岩压力进行传递，使得锚杆支护受力均匀。金属网使用8#铁丝编制，网片规格：43×43×900×5000mm，网片与网片压茬100mm，压茬处用锚杆固定。
（三）、U型钢可缩型金属支架支护方式选择
U型钢金属可缩性支架以其具有较高的初撑力和支护强度大等优点，并且当围岩作用于支架的压力达到一定值时，支架就会产生压缩，其结果使围岩作用于支架上的压力下降，避免了由于围岩压力大于支架的承载能力而导致支架破坏，所以U型钢可缩性金属支架越来越多的被应用在煤矿主要巷道及高应力软岩巷道。
1、左右帮不等棚距支架选择
根据支架的承载能力支护强度要求，设计图中交岔点斜墙边长11.852m，直墙边长14.226m，则交岔点U形棚数目为：n=L/t+1
确定左右不等棚距如图1
图1不等棚距示意图
2、每架棚棚梁长度计算
（1）、最大钢卡箍间距计算
按等强度条件，当拱形支架弯曲时，两钢箍中的极限拉应力小于或等于拱形支架的整体部分的最大弯曲应力，即：
Lmax=2KaWx/3.14d2
式中：L――两端钢箍最大间距，cm；
K――强度安全系数，按1.8计算；
W――型钢载面抵抗矩，cm；
ｄ――卡箍螺纹的内直径，cm。
（2）、棚梁长度计算：
通过数学运算，计算出棚所在位置的巷道的宽度，算出周长，然后选取梁长满足：L-C≤Lmax
式中：l――棚梁长度；
c――两梁之间或梁与腿之间搭接长度（500～550mm）。
（四）、喷注浆加固技术及作用原理
喷注浆加固主要有喷浆和锚注两个部分。交岔点施工结束后，对该段交岔点进行全断面喷浆封闭，然后打两米深的注浆锚杆孔并固管然后注浆（注浆孔间排距1500×1500mm），将松散的围岩粘合成整体，以增强围岩的强度，增大自身的抗压能力。
喷浆能及时封闭围岩，防止围岩风化、潮解、支撑和填平补强围岩、分配外力等作用。同时由于喷层与网片粘合，增强了喷层得柔韧性，提高了喷层的抗弯与抗变形能力。在高应力的作用下，减少裂缝的数量和宽度，使喷层应力分配均匀，整体性能得到改善。
锚注是在锚杆加固和注浆加固的基础上，利用特种中空锚杆兼做注浆管，对岩体实施外锚内注的一种特殊加固方式。他充分利用了锚杆加固和注浆加固的各自优点，把两种加固技术有机的结合起来，解决高应力软岩巷道，受采动影响巷道围岩的问题。岩体的锚注加固技术作用在于密压了岩体中的缝隙，这种密压可以是注浆浆液对缝隙的充填与粘合，也可以是特种锚杆作用下缝隙的互锁与闭合。伴随着岩体中的缝隙在锚注过程中的逐渐密压，岩体完整性的逐渐提高，岩体工程强度逐渐变强，岩体自身的承载能力和自稳能力逐渐增加；岩体的锚注加固一方面表现为锚注加强了岩体的完整性，提高岩体的强度，另一方面也表现在锚注加固改变了高应力作用下巷道周围岩体的应力分布状态。这些作用综合在一起，最终以提高岩体的强度的方式表现出来。
（四）、锚索补强技术
锚索的主要有悬吊作用、组合梁作用、挤压加固作用，三种原理不是孤立显现的，实际上是共同作用、相互补充的。其特点是锚固深度长，能把不稳定的岩层或可能冒落的岩石悬吊在冒落拱外的稳定岩层上。承载能力高，将薄软岩层象“纳鞋底”一样把多层薄软岩层铆合起来，形成一个岩石受力板（梁），从而提高了顶板岩层的强度和刚度，增加了抗弯性能。可施加较大的预紧力，将松散破碎的岩块穿连、挤压在一起，构成有一定承载能力的挤压岩石拱圈，获得比较理想的支护加固效果。
由于该交岔点顶板距11-2煤层法距在10米以内，而且揭露的岩性较软，应力较大，结构较发育。锚索采用高强度低松弛预应力钢绞线制作，直径21.8mm，长度6.2m，每孔使用4支Z2380树脂锚固剂，为增大锚索的承载能力，使用400×400×10mm和200×200×14mm两层垫板。锚索沿交岔点轴向顶板中部布置，锚索间排距1500×1200mm，两帮部底脚位置各布置一排，锚索布置如图2
图2 锚索布置平面图
四、支护技术的实施效果
通过4个月的设点跟踪调查，整个交岔点维护状况良好，交岔点两帮的最大相对移近量仅为35mm，顶底板的相对移近量为60mm。由于支护效果好，该交岔点未出现明显围岩变形、位移等压力显现，解决施工中深井、高应力软岩、地质条件的客观因素；也不需要进行翻修，提高了掘进施工进度，也节约了维修费用。
五、结束语
1、采用锚网让压、U型钢支架刚性支护、喷注浆加固、锚索补强的联合支护技术，高应力为题得到大大改善，降低了巷道长期维护的成本，提高了矿井安全生产的效率。
2、采用让压和刚性支护相结合的方法，一方面通过让压调动了深部围岩的承载能力，另一方面通过刚性支护促使巷道围岩承载结构的形成和稳定，限制了围岩松动圈的扩展，减小了高应力软岩的流变变形速率，从而能够保证交岔点围岩的长期稳定。
3、这种联合支护技术可以有效控制交岔点工程的变形，支护结构合理，可以充分发挥其支护的主动、让压、柔性、高强等特点，对复杂地质条件下的软岩交岔点是较为适用的。施工中确保了支护安全可靠，具有推广和实用价值
参考文献
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论文作者:王孟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/5
标签：围岩论文; 巷道论文; 应力论文; 锚杆论文; 岩层论文; 支架论文; 顶板论文; 《建筑学研究前沿》2018年第17期论文;