摘要：针对伊化矿业资源有限责任公司母杜柴登矿井3-1煤东翼带式输送机大巷大断面施工过程中出现的支护技术难题，基于锚杆与锚索的互补协同作用机理研究，提出了锚固体的特性与锚杆-锚索的力学特性有机结合在一起进行巷道支护的方法，采用锚网索喷支护技术，经现场应用，取得了良好的支护效果。
关键词：大断面；互补协同；锚网索喷；现场应用
1.前言
大断面巷道跨度大，复杂地质条件下巷道围岩容易变形，支护困难，是近年来巷道支护中的难题。传统的巷道支护方式，不能有效的控制大断面巷道的变形与破坏，支护强度低，支护效果差，难以达到大断面巷道一次支护不再维修的要求，从而导致巷道多次维修以到达安全生产的需要。但巷道的多次维修，不仅显著地增加了巷道支护费用，而且还严重影响矿井的正产生产，带来安全隐患。随着锚杆支护工程实践的不断丰富，对其机理的认识也不断全面和深入，适用于不同条件下的各种锚杆支护理论相继被提出并逐步得到发展和完善。
伊化矿业资源有限责任公司母杜柴登矿井3-1煤东翼带式输送机大巷，设计掘宽×掘高=5800mm×4000mm，设计掘进断面23.2㎡，矿生产部门与施工单位在对矿井岩石巷道支护现状及存在问题认真总结分析的基础上，对该巷道的支护方式进行了优化，提出了锚网索喷联合支护，取得了良好的支护效果。
2.工程概况
母杜柴登井田位于内蒙古自治区鄂尔多斯市东胜煤田的呼吉尔特矿区的东南部，具备典型的高原堆积型丘陵地貌特征。
母杜柴登煤矿3-1煤东翼带式输送机大巷，所在层位为3-1煤及煤层顶板砂岩，其综合柱状见图1。
根据矿井提供的地质报告显示，岩石的孔隙率0.32～26.52%，普氏系数平均3.97；抗拉强度平均1.68MPa；软化系数平均0.56。岩石的抗剪强度平均16.86MPa，岩石的抗压强度不高，多在20～60MPa之间，抗剪与抗拉强度则更低，砂质泥岩类吸水状态抗压强度明显降低，多数岩石遇水后软化变形，个别砂质泥岩遇水崩解破坏，岩石的软化系数平均0.56(小于0.75)，均为软化岩石。个别钙质填隙的砂岩抗压强度稍高些。因此，井田内煤层顶底板岩石以软弱～半坚硬岩石为主。
巷道设计为矩形断面：掘宽5800mm，掘高4000mm，S(掘)=23.2㎡。
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图1 东翼带式输送机大巷综合柱状图
3.锚杆-锚索互补协同作用原理
在软弱破碎围岩条件下，巷道围岩的变形量很大，为了避免采用锚杆-锚索联合支护时锚索延伸量超过极限而破断，可以采用类似于软岩支护中的二次支护方法及其作用原理进行锚索加强支护。
图2为巷道围岩-支护相互作用原理图，曲线ABED为锚岩支护体的特性曲线，锚索的特性曲线为曲线4，锚杆-锚索联合支护特性曲线为ABCD曲线。由该曲线可知，锚杆和锚索各自发挥了自身的优势。在巷道开挖支护初期，以锚杆的柔性支护为主，后期以锚索的悬吊作用为主。两者不是同时加强支护，而是相互取长补短，从而大大改善了锚杆支护的整体支护性能，达到控制围岩大变形的目的。因此，将此支护作用原理称之为锚杆-锚索支护作用的互补原理。
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图2 围岩-支护相互作用原理图
在实际工程中，锚杆-锚索联合支护是否能实现锚杆与锚索支护作用的互补性取决于采用的支护方法和合理的支护设计，它要求将锚固体的特性与锚索的力学特性有机的结合在一起进行总体的支护设计，而不是锚杆和锚索支护参数分别独立设计。由于采用不同的锚杆支护形式，锚固体的承载特性有较大差异；同样，采用不同的锚索支护方式对围岩的适应性也不同。因此，在支护设计中，应根据巷道围岩条件，采用合理的锚杆支护形式和参数，选择与之匹配的锚索支护方法，这是锚杆-锚索联合支护的关键。
4.巷道支护参数
（1）顶板支护参数
选用φ22mm×2400mm螺纹钢锚杆，配合Φ6mm金属网，网格为100mm×100mm，接茬100mm，托板规格为150×150×10mm拱形托板。靠近巷帮的顶锚杆安设角度为与垂线呈15°，其余垂直与顶板；间排距1000×1000mm，每排6根锚杆。
选用21.86300mm预应力钢绞线锚索，配合规格300×300×20mm碟形托盘。锚索间排距1500×3000mm，按“2-1-2”支护形式，垂直巷道顶板打设。
（2）巷道帮部支护参数
选用φ22mm×2400mm螺纹钢锚杆，配合镀锌铅丝网支护，帮网与顶网压茬100mm，帮部网片压茬100mm，托板规格为150×150×10mm拱形托板。靠近顶板的巷帮锚杆安设角度为与水平线呈+15°，靠近底板的巷帮锚杆安设角度为与水平线呈-10°。巷道帮部锚杆支护排距为1000mm，帮部第一排锚杆距顶板300mm，帮部第二排锚杆距第一排900mm，帮部第三排锚杆距第二排1000mm，底角起锚高度700mm，每排各4根锚杆。
（3）喷射混凝土支护
喷射混凝土强度为C25；水泥采用乌海赛马水泥，采用杭锦旗黄砂做细骨料，5～10mm包头碎石做粗骨料。水泥：黄砂：碎石配合比为1：2.43：2.43，喷浆厚度150mm。
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图3 巷道支护断面图
5、结束语
实践证明，锚网索喷协同互补支护技术在大断面巷道中施工，能够取得良好的效果。从后期矿压监测情况来看，虽然巷道顶底板有一定的变形量，但是顶底板移近量和塑性破坏范围并没有超出锚杆的锚固范围，且应力集中向围岩深部的转移及应力集中系数的减小，对巷道的支护更加有利，满足安全生产的需要。