关键词:复合顶板锚网索耦合支护应用
0引言
某矿待掘C6顺槽布置于C6煤层中，施工段标高-678m，走向长约290m，C6煤层为复杂结构的中厚煤层，厚2.4~3.5m，平均厚3.0m，含多层夹矸；煤层倾角28o~37o，平均33o，硬度中等偏软，煤层伪顶为0~0.8m的炭质泥岩；直接顶为一层厚1.4~2.2m的泥质粉砂岩，上夹约0.3m的煤线，再向上依次为0.9~1.1m的C6顶煤，一层1.0~1.7m的夹矸，夹矸上含0.2~0.6m厚的煤线；老顶为1.5~2.8m厚的灰色中厚层状泥质细粒砂岩；直接底为1.0~1.8m的深灰色薄层状含炭砂质泥岩；老底为2.7~3.8m厚的灰色细粒砂岩与粉砂岩互层。
1原始支护概况及失败的原因
1.1原始支护概况C6煤层属典型的复合顶板，回采煤层上方存在3层小煤、3层夹矸，而且夹矸及煤线不稳定。从以前施工的经验看地压很大，顶板随掘随冒。为减少返修量，保证生产的需要，采用大断面强支护设计方案，即采用架设4.4m宽，29kg/m规格的U型棚进行支护，每米2架。但在施工过程中矿压显现非常明显，前掘后卧，施工到50m，开口20m时U型棚已收缩1.2m以上，加上底鼓，断面不足4m2，严重影响了通风运料等，故停止掘进，进行返修。
1.2支护失败的原因U型棚支护失败的原因归结起来有以下几点:①C6顺槽所处块段位于2个断层之间，深度达到-678m标高，地应力较大；②C6顶板为3层煤线、3层含砂泥岩的典型复合顶板，强度低、稳定性差，加上放炮落煤以至顶板破坏性较大，顶板自稳性太差，随掘随冒；③施工中因直接顶垮落，全部空顶，扩大了顶部及帮部煤岩体的破碎区范围，使得松动范围进一步扩大，围岩的破坏强度超出了U型棚的支护强度；④大跨度U型棚架设难度大，帮顶难以背实。
2锚网索耦合支护
为了有效地控制顶板，充分利用顶板的自稳达到支护目的，根据成功经验，决定采用锚网索耦合支护技术解决C6煤层支护难的问题。锚网索耦合支护就是针对软岩巷道围岩由于塑性大而产生的变形不协调部位，通过锚网—围岩、锚索—关键部位支护的耦合而使其变形协调，从而限制围岩产生有害的损伤，实现支护一体化，荷载均匀化，达到巷道稳定的目的，具体包括强度耦合、刚度耦合、结构耦合等3个方面。由于软岩巷道本身具有巨大的变形能，故不能一味地采取强支护，而要充分利用软岩的承载能力，充分释放其围岩变形能实现强度耦合；实现强度耦合后，加强支护体的刚度将巷道围岩控制在其允许变形范围内，阻止进一步破坏，实现支护一体化、荷载均匀化，从而达到刚度耦合的目的；然后对支护效果进行监测、观察，发现围岩结构易破坏的关键部位，对此加强耦合支护，实现结构耦合从而达到整体支护效果。
锚网索耦合支护设计
2.1设计原则针对C6顶板的复杂性，采用耦合支护理论为依据，首先采用等强预拉力加长锚固锚杆配合抗弯性好刚度大的M型钢带及金属网对顶板及帮部进行锚网支护，控制帮顶变形，以达到释放能量又能阻止有害变形为目的；然后适时地打锚索，使锚网层与深部煤岩体关联，将应力向深部转移，得到刚度耦合的目的；最后从锚固的效果，进行观察分析，如帮位移量大或控制效果差，再采用加锚索或桁架等对关键部位加固。总而言之，就是“及时锚网、适时锚索、关键加固”，按照此原则进行具体设计。
2.2支护方案为保证巷道在最终变形后能满足通风、行人等安全生产需要，并考虑地压的影响，预留巷道断面以满足变形的要求，并根据岩层倾角，设计断面为直墙斜梯形:净宽×中高=3.8m×2.8m，见图1。
1—M22锚杆；2—M20锚杆；3—锚索；4—M5型钢；
5，6—П2型轻型钢带。
图1巷道支护示意图
2.2.1巷道顶板采用6根螺纹钢等强预拉力锚杆加4.2m长M5钢带、菱形金属网联合支护，锚杆规格为M22×2600mm(最下面一根锚杆同低帮:M20×2000mm)。采用加长锚固方式，每根锚杆采用2节Z2355型中速树脂药卷加长锚固；锚杆间距800mm，排距850mm。顶板最下面一根长锚杆施工时因巷高受限安装时要局部挖底。锚杆预紧力30kN，锚固力不低于120kN。
2.2.2巷道高帮采用5根螺纹钢等强预拉力锚杆加П型轻型钢带(1.8m长，靠高帮上部)、菱形金属网联合支护，锚杆规格为:上面3根M22×2600mm，锚杆间距为800mm；下面2根M20×2000mm。每根锚杆采用2节Z2355型中速树脂药卷加长锚固；下面2根锚杆间距为1000mm；排距均为850mm。锚杆预紧力20kN，锚固力不低于80kN。
2.2.3巷道低帮采用3根螺纹钢等强预拉力锚杆加П2型轻型钢带(长1.5m)、菱形金属网联合支护，锚杆规格为M20×2000mm。每根锚杆采用2节Z2355型中速树脂药卷加长锚固；锚杆间距为650mm；排距为850mm。锚杆预紧力20kN，锚固力不低于80kN。
2.2.4每2排锚杆布置2套高预应力钢绞线锚索，钢绞线规格为Φ15.24mm×6.3m，位置在顶板中间，间距2.0m(平距)，距两帮均为0.9m(平距)，角度为竖直方向偏下15°左右；每孔采用1节K2355快速树脂药卷和3节Z2355中速树脂药卷加长锚固，以保证锚固效果；排距为1700mm。锚索预紧力60~70kN。
2.2.5高帮上面3根锚杆及低帮3根锚杆尽量顺煤层倾向(30°)安设，其它锚杆按支护图示安设，以有效控制围岩。
2.2.6帮顶破碎处，施工3~4根右旋全螺纹预拉力锚杆加强，锚杆长度为1800mm，直径为Φ18mm，采用全长锚固方式，每根锚杆采用2节Z2355型中速树脂药卷锚固。
2.2.7打锚杆眼前，首先敲帮问顶将活动矸石处理掉并打点柱，在确保安全的条件下，方可作业。
3效果比较
①原支护每米2架4.4m，29kg/m的U型棚成本约为2800元，采用锚索网支护每米锚杆15根，锚索1根，菱形网3块，成本约1100元，每米节约1700元；②U型棚运输、施工复杂，工人的劳动强度大；③U型棚支护受压变型快，返修造成工时及经济上的双重浪费；④U型棚施工造成顶板随掘随冒，棚棚装顶，费工费时，加上巷道变形量大，通风、行人、出货、运料难，施工环境差，安全上隐患多，进尺受限制；⑤单进由原来的U棚支护月进90m提高到150m，提高50%；⑥回采时锚网支护不存在回收问题，工作面上下出口便于管理，且通风、行人、出货、运料顺畅，大大减少了安全隐患，方便了生产。
4结语
通过上述介绍采用锚网索耦合支护方法解决C6煤层复合顶板锚网支护的难题，该支护方法有效地解决了典型复合顶板条件下的井巷支护，对相同条件的井巷施工具有指导意义。