高应力下锚网索与底角锚杆耦合支护技术研究

２０１　１年第７期　煤炭工程　

论在工程实际中实现锚杆（索）与围岩　

在空间上的耦合支护　

米永刚，王进锋　

（西京学院工程技术系，陕西西安７１０１２３）　

摘要：通过对高应力软岩巷道锚网索耦合试件实验室试验，结合刚度耦合理论分析，找到　

了能够实现支护结构和围岩空间上刚度耦合的耦合试件，并在现场中进行应用，取得了良好的支　

护效果。　

关键词：锚杆；围岩应力；耦合支护；锚索　

中图分类号：ＴＤ３５３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—０９５９（２０１１）０７－００７９－０４　

在矿山开采中，回采巷道、运输大巷等各种巷道经常　

受到回采的影响。在巷道掘进完成之后，围岩内部应力就　

会发生较大变化，这使得支护结构在巷道使用过程中发生　

破坏。为了维护巷道的稳定性，分析支护结构的破坏原因，　

利用支护结构在空间上和围岩的耦合支护原理，对巷道的　

支护结构在刚度、强度上进行修整，从而保证巷道能够安　

全有效的使用。　

１在工程实际中实现锚索和围岩空间上的刚度耦合　

１．１　刚度耦合　

由于巷道围岩的破环主要是变形不协调而引起的，因　

此支护体的刚度应与围岩的刚度耦合。一方面支护体要有　

充分的柔度，充分允许巷道围岩具有足够的变形空间，避　

免巷道围岩由于变形而引起的能量集聚；另一方面，支护　体又要具有足够的刚度，将巷道围岩控制在其允许的范围　

之内，避免因过度变形而破坏围岩本身的承载强度。这样　

才能在围岩与支护体共同作用过程中，实现支护一体化，　

荷载均匀化。在所做的让压试验中，所要实现的就是支护　

体和围岩刚度的耦合。关键问题在于如何确定让压试件的　

刚度上。主要影响因素就是适当的围岩变形量和锚杆的工　

作轴力。　

１．２空间耦合与刚度耦合的关系　

刚度耦合是耦合支护中的一个基本特征。无论是锚杆　

还是锚索，实现刚度耦合的最终目的就是使围岩和支护结　

构变形相协调，从而既能保证围岩的承载力又能保护支护　结构…。所以刚度耦合支护需要解决的关键技术就是围岩　

和支护结构的空间变形问题，也就是空间上的耦合支护　

科技信息　０矿业论坛０　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１０年第１５期　高应力软岩巷道支护研究　张红卫李更新户春峰李永刚　李新岗　（郑州煤炭工业（集团）有限责任公司　河南郑州４５００４２）　【摘要】根据开采底板巷道的围岩状况、围岩移动变形特点以及支护围岩结构的稳定性，提出了不同围岩条件下的高强度稳定性支护技　术，研究了高强度稳定性锚网支护技术，针对高应力破碎岩体，开发ｕ型钢、壁后注浆与锚索耦合支护技术，不仅发挥ｕ型钢棚和锚索各自的　承载能力，实现支护高阻可缩，而且提高了支护承载结构的稳定性，大大提高了支护控制围岩变形能力。　【关键词】结构补偿；耦合支护；作用机理　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｂｏｓｏｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｒｏａｄｗａｙ　ｍｉｎｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｓｔｒａｔａ　ｎｌｏｖｅｍｅｎｔ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｂｏｌｔｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｒｏｃｋ　ｍａｓｓ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ＋ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｃｈｏｒ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｔ　ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｓｓ　ｂｒｏｋｅｎ　ｒｏｃｋ，ｄｅｖｅｌｏｐ　Ｕ　ｓｔｅｅｌ，ｔｈｅ　ｗａｌｌ　ｗｉｔｈ　ａｎｃｈｏｒ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｐｌａｙ　Ｕ　ｐａｙｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ　ａｎｃｈｏｒ　ｂｏｌｔｉｎｇ，ｒｅａｌｉｚｅ　ｈｉｇｈ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｃａｎ，ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｎ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｒｏｃｋ　ｂｏｌｔｉｎｇ　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】Ｃ０ｍｐｅｎｓａｔｉ０ｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；Ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｔｉｍｂｅｒｉｎｇ；Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ａｃｔｉｏｎ　郑煤集团郑州矿区共有十二对主力矿井．近年来随着开采深度的　不断增大，深部软岩巷道采用传统的支护形式难以保证有效断面，甚　至出现前掘后修、反复扩修的被动局面，部分巷道虽已经过修复，但仍　然难以有效地控制巷道围岩强烈变形。不仅影响了矿井的开拓进度，　而且严重影响矿井的安全生产。　１　传统支护措施和状况　１．１郑煤集团开拓巷道普遍采用锚网喷支护．护表构件为钢筋网。岩　性差时采用金属网＋Ｕ型钢＋喷浆支护。从变形特征看，有以下几种情　况：１）两肩窝出现压剪破坏，锚喷层剪裂内移：２）拱顶出现压剪破坏或　拉裂；３）帮部出现压剪、片帮突出；４）底板出现底臌。巷道修复过程中，　补打顶板锚索或采用Ｕ型钢支护修复后存在喷层开裂、混凝土碹体破　坏、锚索梁屈服破坏现象。　１．２现有支护难以控制巷道围岩强烈变形：１）锚网喷支护难控制巷　道的强烈变形。首先锚网支护预应力水平较低；其次护表构件强度偏　低，且未采用整体梁，很难发挥锚网支护体系的整体承载作用，在高应　力作用下，浅部围岩剪胀变形，锚杆存在滞回失效；２）Ｕ型钢支护体本　身与围岩的相互作用关系差，容易产生扭曲和滑移，出现“尖顶”型和　“平顶”型破坏：（３）支护形式单一。对高应力软岩巷道，单纯采用某一　支护方式．往往不能有效地控制巷道围岩的强烈变形。无论是锚梁网　索支护。还是Ｕ型钢支护，支护的作用都是在巷道围岩浅部或围岩的　表面形成具有自稳能力的承载结构。　２巷道围岩破坏机理　根据现有的支护措施及围岩变形状况。造成巷道变形的主要原因　有以下几个方面：　２．１　围岩性质以泥岩为主的巷道，岩层节理裂隙极为发育，遇水泥　化、膨胀，岩体本身的强度较低，在高应力作用下极易屈服破坏。　２．２一是巷道受采动影响，如裴沟矿一３００轨道大巷、米村矿２８大巷：　二是地质构造复杂，尤其受断层切割作用；三是巷道布置因素，如井底　车场附近巷道密度高、巷道间距小等，产生的支承压力相互叠加，造成　应力集中。　３新型支护技术探讨　３．１　高强锚网支护＋注浆＋结构补偿支护技术　该方案技术核心１）通　过高强预应力锚杆．对巷道围岩施加预紧力．在巷道围岩浅部形成可　靠的承载拱结构；２）采用整体梁和强度较高的钢筋网，提高锚网支护　体系的护表能力，防止巷道表面围岩碎胀变形；３）通过注浆加固技术　将巷道浅部围岩沿结构面重新胶结，提高岩体自身的完整性和强度。　支护技术方案１）基本支护：Ａ、采用高强预应力锚杆支护顶、帮，　提高浅部围岩的整体稳定性。Ｂ、采用高强钢筋网护表。提高锚网支护　系统的护表能力，防止片顶、片帮形成网兜或锚空。Ｃ、采用整体性高的　钢筋梯子梁或Ｗ钢带，焊接要牢靠。２）补强支护：Ａ、围岩强度补强，围　岩节理裂隙发育，自身强度较低的炭质泥岩很容易屈服破碎，通过注　浆不仅能显著改善巷道围岩，而且能将锚网支护承载拱承载能力进一　步提高。Ｂ、锚网结构补偿，根据现有巷道变形特征，采用锚索支护对锚　网基本支护形成的支护结构进行结构补偿。锚索支护作为加强支护措　施，提高锚网基本支护形成组合梁或组合拱结构的抗弯能力　从而提　高浅部围岩的稳定性。　３．２　Ｕ３６型钢＋壁后注浆＋结构补偿该方案技术核心：针对Ｕ型棚　壁后不均匀空隙，巷道围岩裂隙十分发育的情况，一方面通过注浆将　支架与围岩耦合为一体，实现支架与围岩共同承载；另一方面通过注　浆提高围岩体本身的稳定性。　巷道围岩岩性相对较差，采用Ｕ型钢支护能够显著提高护表效　果。同时．通过结构补偿装置，实现主被动支护耦合支护，大大提高支　护体系的整体承载能力。支护方案见图１。　

第３７卷第ｌ５期　．４８・　２　０　Ｉ　１年５月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣｍＴＥＣ１’ＵＲＥ　Ｖ０】．３７Ⅳ０．１５　Ｍａｙ．　２０１１　

・岩土工程・地基基础　

文章编号：１００９—６８２５（２０１１　Ｊ　１５—００４８—０２　

煤矿高地应力软岩巷道支护技术现场试验研究　

李斌邱若华　

摘要：根据高地应力软岩巷道顶底板情况，通过对该软岩巷道围岩松动圈进行现场实测，给出了该巷道的支护设计方　

案，并利用多点位移计对支护效果进行现场变形监测。检测结果表明，采用“耦合支护”和“关键部位”加强支护等技术　和措施。实现了对高地应力软岩巷道大变形的有效控制。　

关键词：高地应力。软岩巷道，支护技术，现场试验　中图分类号：ＴＵ９４２　文献标识码：Ａ　

’巷道基本情况　

山西扮西矿业曙光煤矿一采区开拓巷道位于井田南翼，其延　伸段埋藏深度为３８ｏ　ｍ一７６０　Ｈｉ，原本布置在３号煤层中，煤层倾　角一般为２。～１０。；由于３号煤层尖灭，因此布置在岩石中掘进。　

其断面顶、底板及两帮围岩主要为泥岩、碳质泥岩和煤，围岩极为　松软，整体性差，泥岩遇水崩解。巷道处于高应力区，顶板情况复　

杂，变形难以控制，巷道顶底板情况见表１。　裹１煤层顶底板情况表　

项底版名称　％毛薯称　厚度／ｍ　岩性　老顶　磅鼍　６．Ｉ１　致密坚硬，不易垮落　直接顶　砂质页岩　１．６　呈灰色，时有时无。易垮落　伪顶　泥质页岩　０．２　时有时无。随采随落　直接底　砂岩　２．４　粉砂岩透镜状水平层理，具有裂隙　老底　细拉砂岩　２．４２　致密坚硬　

２巷道围岩松动圈现场实测结果　

对该巷道进行了围岩松动圈现场实测，经过对实测数据进行　分析处理，得出各测孔的声波速度曲线如图１，图２所示。　

喜　

洲点深度，ｍ　圈１一采区开拓巷道断面１深度一波速曲线图　

测点深度，ｍ　圈２一采区开拓巷道断面２深度一波速曲线图　

由松动圈现场数据实测和上述分析可知，一采区开拓巷道的　

松动圈厚度为１．８　ｎｌ一２．０　Ｈｉ。　３巷道支护方案设计　

煤矿现代化　２００６年第６期　总第７５期　

高应力区软岩藿厘支护技市优化及实践　

皖北煤电公司任楼煤矿　赵高升王海龙郜锦柱　

摘要任楼煤矿Ⅱ１回风下山位于高应力区，顶板主要为铅质泥岩和砂岩，巷道处于断层破碎带，动　压范围之内，巷道破坏严重，影响使用，根据巷道破坏的形式及特点，通过观测，优化支护技术，增强巷道支　护强度。　关键词巷道破坏支护技术应用与实践　

Ⅱ１回风下山距８２煤底板约１５￣２０ｍ，８２煤距７２煤约　１５ｍ，该下山属留煤柱岩巷，其中７２１７和７２１９工作面开采后　

留设的煤柱距Ⅱ１回风下山约５０ｍ。该巷道布置在相对较稳定　

铝质泥岩中下部，巷道顶板整体稳定性好，依次为３￣８ｍ厚的　铝质泥岩，４．８—６．３ｍ厚的粉砂岩，块状、致密坚硬和厚２ｍ的中　砂岩。坡度为１５。。原支护形式锚网喷锚杆规格均为中１６ｘ　

１６００ｒａｍ，普通锚杆，其间距７００ｘ７ＯＯｍｍ。底角锚杆角度为３Ｏｏ，　

除底角锚杆外，其余锚杆均垂直于巷道岩面布置。下底角锚杆　

距底板高度约为３００ｒａｍ，钢板网。　

１巷道破坏与观测　

巷道在施工过程中，滞后２００ｍ，在回采动压的影响下，巷　道开始破坏，锚杆剪断，顶帮出现网兜，有的地方网兜撕烂导　

致冒顶，局部巷道变形严重，位移量高达１．２ｍ，为及时解决问　题，矿成立课题小组，调查围岩情况，拿出支护方案。８２煤底板　

通过电镜扫描结果表明，在该类围岩中，砂岩局部粗大矿物分　

布较集中，局部粗大晶粒密实嵌布，结构较致密。泥岩中片状矿　

物排布较整齐。粗大砂粒表面多有粘土层包覆，结构较致密。铝　

质泥岩中粗大孔隙局部较密集，中等粒径晶粒分布较均匀。通　过取岩化验分析，回风下山主要围岩的组分及其含量见表１。　

表１　回风下山主要围岩的组分及其含量　２巷道围岩属性与分析　

（１）巷道沿泥岩掘进，顶板主要为铝质泥岩和砂岩，试验　

结果表明，天然状态下，砂岩、泥岩和铝质泥岩在单向加载条　件下，破坏时应力分别为３０ＭＰａ、１４ＭＰａ和２８ＭＰａ左右，强度　较低。而在吸水饱和状态下，强度更低，强度分别为１４ＭＰａ、