大埋深断层带附近大巷支护技术研究

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摘要：中央轨道大巷埋深大，处断层群附近，地应力异常，围岩破碎，巷道维护困难。应用高预应力强力支护技术有效地解决了复杂困难巷道支护问题，巷道支护状况得到了明显改善，大大减小了维护工程量，保证了矿井正常生产。

关键词：大埋深 断层 地应力异常区 高预应力

1 工程环境

西翼扩区中央轨道大巷是五阳矿井西翼扩区的行人运料通道，在中央轨道大巷南侧中对中距离约50.0m处正在掘一条中央胶带大巷，中央轨道大巷为西翼扩区的主要开拓巷道。巷道长度约3000m，沿腰线掘进，从煤层上方穿越到煤层下方，掘进过程中经过一系列断层，断层状况如表1所示。根据矿方提供的地质资料，中央轨道大巷埋深在530m，巷道穿过山西组中下部3号煤层，煤层赋存稳定，厚度5.1m～6.1m，以亮煤为主，暗煤次之，中央轨道大巷顶底板主要为泥岩和细粒石英砂岩，中等稳定。

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2 断层带围岩应力分布特征

中央轨道大巷附断层较多，形成了断层群，多断层及交叉断层造成了巷道附近围岩应力分布的异常，为了有效的控制巷道变形，需要分析围岩受力特征和支护难点。

2.1 在断层带附近应力值偏小，随着离断层面的距离增大，应力值也逐渐增大到原岩应力状态，并且应力性质也由拉应力逐渐转为压应力，断层的形成根本原因是两个主应力差造成的剪应力超过岩石的抗剪强度时，岩石就产生破裂并进一步产生位移，造成应力释放。

2.2 水平构造应力作用下，在断层附近都产生了不同程度的应力集中，尤其是在断层的中心部位；在断层的尖灭和拐角处和两条断层的交汇处，也都产生了比断层其它部位更集中的、不同程度的应力集中现象，断层交叉处应力集中程度最高。

2.3 中央轨道大巷附近为断层的集中地，大断层及派生的晓断层造成了地应力场的异常区域，巷道局部区域围岩应力非常集中，应力高。从井下巷道支护方面来考虑，断层带附近围岩难以控制的主要原因是地应力场异常造成围岩强度和结构的变化，而变化的结果一般而言就是形成构造破碎带，构造破碎带成为该类型巷道控制的难点[1-2]。

3 支护方案

依据工程环境、围岩应力分布特征及支护难点分析结果，基于高预应力强力支护理论[3-4]，提出采用高预应力强力锚杆支护技术控制。设计中央轨道大巷断面呈直墙半圆拱，掘进宽5.74m，直墙高1.5m，支护方案如下：锚杆杆体为φ22左旋无纵筋螺纹钢筋SMG500，W钢护板厚度5mm，宽280mm，长度450mm。顶帮锚杆间距950mm，排距1200mm。锚索材料为φ18.9mm，1×7股高强度低松弛预应力钢绞线，长度为6300mm，每隔一排打三根锚索，间距1900mm，排距2400mm，设计中央轨道大巷喷射混凝土的厚度均为120mm。锚杆预紧扭矩要达到400Nm，但禁止超过550Nm，锚索预紧力要求不低于250kN。

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4 支护效果评价

为了检验巷道支护效果，在中央轨道大巷中设置矿压观测站，对巷道表面位移、顶板离层以及锚杆、锚索受力进行了监测，表面位移观测曲线如图2所示，顶板离层仪变化曲线如图3所示。

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顶底板最大移近量为17mm，两帮最大移近量25mm，左帮最大移近量为14mm，随着开挖时间巷道的变形量逐渐减小，在距离掘进工作面30m范围内，增加幅度大，两帮增幅为5mm/天，顶底板增幅约3mm/天，巷道整体变形量小，顶板离层监测结果显示，浅部离层为18mm，深部离层8mm，随着逐渐远离掘进工作面趋于稳定。结合锚杆锚索受力可知，巷道开挖初期，锚杆、锚索施加了较大预紧力，及时起到控制浅部离层作用，没有出现大的离层现象，巷道的支护效果良好。可见，巷道变形初期就采用了有效的支护方案控制了围岩变形。

5 结论

5.1 分析了中央轨道巷围岩环境，中央轨道处于断层群，大巷埋深大，地应力高，围岩破碎，属于复杂困难支护巷道。

5.2 研究了断层群对围岩应力分布影响，掌握了断层附近围岩应力分布特征，断层群附近巷道难以控制的主要原因是地应力异常和构造破碎带的影响。

5.3 根据中央轨道巷围岩岩性特征，结合该类巷道控制难点，提出采用高预应力强力锚杆支护技术控制围岩变形，有效地解决了中央轨道巷支护难题。

参考文献：

[1]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.

[2]陈炎光，陆士良.中国煤矿巷道围岩控制[M].北京：中国矿业大学出版社，1994.

[3]何杰，王中奎，李光营.复杂地质条件下大断面切眼支护技术[J].煤矿开采，2012，17（4）：60-6；72.

[4]马长乐，吴拥政，何杰.预应力损失对高预应力全锚索支护技术的影响[J].煤矿开采，2012，17（2）：61-63；72.