淺談錨桿支護在全煤巷道中的應用

馮家元

摘要：本文論述了在厚煤層全煤巷道中錨桿支護的應用。根據生產實踐及錨桿支護理論，如何進行巷道斷面形狀、錨桿支護參數的選擇及其巷道的施工方法。

關鍵詞：綜放工作面；全煤巷道；錨桿支護

為了適應高產高效礦井的發展，提高工作面的單產，大隆礦在厚煤層開采中采用了綜采放頂煤開采的新技術。綜采放頂煤工作面兩則必須沿煤層底板掘進，因此巷道頂板及兩幫均為煤體，即全煤巷道。全煤巷道圍巖強度低，巷道斷面大，采用傳統的棚式支護已不能滿足開采新技術的要求，尋求更加合理有效的支護形式已勢在必行。

為解決綜采工作面兩順支護問題，在W1702工作面進行了錨桿支護嘗試，取得了良好效果。

1 工作面地質情況

大隆礦W1702工作面煤厚5.21-9.88m之間，一般為7.35m，走向達1792m，四周均未采動。工作面上鄰近煤層為4-2煤層，大部分已經采完，層間距在46.0～56.0m之間，工作面下鄰近煤層為9層煤，層間距在26～31m之間，未采動。

老頂：巖性以粗砂巖、中砂巖為主，在灰白色，泥質佼結，孔隙、裂隙含水。老頂巖層厚10.0m以上較穩定。初跨步距為25.0m左右，來壓明顯，屬Ⅱ級基本頂。

直接頂：巖性以粉砂巖為主，灰色，波狀層理，泥質膠結，較致密，堅硬，直接頂厚7.0m左右，屬2a類直接頂板。

偽頂：巖性以泥巖、粉砂巖、薄煤層等復合層組成，節理、層理發育，松散易碎。

偽底：巖性為泥巖，厚1.0～5.0m，局部發育，硬度小。

直接底：巖性為粉砂巖、細砂巖，灰色，灰白色，泥質膠結，層位穩定，厚3.O～11.Om。屬V類堅硬底板。

W1702工作面巷道掘進時，是沿7-2煤層底板施工，巷道頂板留有3.0～5.5m煤層，支護巷道幫頂錨桿均打在煤層中。由于7-2煤層中小斷層、裂隙、節理較發育，破壞了煤層的完整性，煤層較為破碎，圍巖的穩定時間較短，僅有幾天。另外又受上部采空區水及裂隙水影響，圍巖穩定性降低，很容易產生冒頂，圍巖分類Ⅳ～V，屬不穩定巖層。

2 支護形式和斷面形狀的確定

以往普通綜采工作面的兩順錨桿支護的巷道均沿煤層頂板掘進，巷道斷面形狀為矩形，巷道頂板即是該煤層的頂板，錨桿就直接作用予較堅硬的砂巖中，這種支護形式巷道形狀易于掌握，便于施工，巷道的穩定性也較好，如果將綜放工作面的順槽也沿煤層頂板掘進，勢必造成大量煤炭的丟失，使回采率大大降低，所以必須將順槽布置在煤層底部，這樣巷道的頂部及兩幫均為強度較低的煤體。巷道支護的對象由煤層頂板巖石變為頂幫完全煤體，圍巖類型發生變化，其均質程度提高，但強度降低，支護條件相對單一，即不受煤層頂板巖性的影響。巷道斷面形狀完全取決于煤體強度及層理和裂隙發育程度。

為了保證支護效果，在確定巷道斷面時，根據錨桿支護中的組合拱理論，以及圓形斷面承載能力較強的原理，將兩順槽斷面設計成三心圓拱斷面，詳見附圖。也就是說，在拱形巷道圍巖的破裂區中安裝預應力錨桿，在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應力，如果沿巷道圍邊布置錨桿群，只要錨桿間距足夠小，各個錨桿形成的壓應力圓錐體將相互交錨，就能在煤體中形成一個均勻的壓縮帶，即承壓拱，這個承壓拱可以承受其上部的破碎巖石施加的徑向荷載。因此，此種斷面形式能較好地承載頂板的壓力，保證良好的支護效果。

根據綜放工作面回采工藝和設備布置要求，確定巷道斷面為切圓拱斷面。其掘進寬度為5.Om，高為3.5m，凈斷面為15.6m。

3 錨桿支護方式及主要參數的確定

由于W1702運回順的煤層厚度在5.21～9.88m之間，如按懸吊理論進行錨桿支護，所需錨桿長度太長，施工十分困難，按組合梁原理支護，因頂板是較破碎的煤，不可能通過錨桿作用組合成承載梁，而只有組合拱理論才適合于切圓拱巷道，并加錨索增強支護。

為了避免錨固平衡拱中出現巖石松動，充分發揮錨桿的作用，采用合適的錨桿及其支護方式是至關重要的，根據大隆礦的實踐經驗，采用錨聯網組合的支護形式較適合按照錨固組合拱原理進行有效的圍巖支護，因為這種支護形式可充分發揮錨桿的約束和抗剪作用，防止圍巖松動，保持錨固組合拱的整體性和承載能力，因此也是全煤巷道錨桿支護的合理支護形式之一。

兩順頂板支護均采用錨桿、尾繩梯、金屬網、錨索聯合支護。

錨桿規格：φ22x2200螺紋鋼等強錨桿。

金屬網規格：1800×6000mm形網，孔徑80×120mm，網與網之間用16#鐵線綁扎連接，綁扣間距200mm，金屬網沿巷道橫向鋪設。

錨索規格：φ22×7200鋼絞線（19芯），間排距為2500mm，排距2400mm。

錨固劑：每孔二支ck2335和三支m2335藥，樹脂錨固劑。

托盤規格：120×120×8mm。

尾繩梯長5200mm，錨桿間距為650mm，排距為800mm。

兩幫支護也采用螺紋鋼等強錨桿與金屬網聯合支護。

錨桿規格：φ18×1600螺紋鋼等強錨桿，間排距均為800mm。

錨固劑：每孔二支ck2335和二支m2335藥。

金屬網規格：1800×4000菱形網，孔徑80×1200mm，順巷道方向鋪設，幫網與頂網間用16#鐵線綁扎連接，綁扣間距200mm，幫網間穿接。

托盤規格：120×120×6mm。

錨索規格：φ22×7200鋼絞線（19芯），間排距為2500mm，排距2400mm。

4 巷道支護效果

采用錨桿、尾繩梯與金屬網組合支護全煤綜放工作面運、回順巷道，通過實際應用和礦壓觀測表明，巷道支護狀態良好，達到了支護設計預期的效果，取得了明顯的技術經濟效益。

采用錨梯網支護同礦用工字鋼支護比較，每米巷道可節約支護費用1000元左右，同時減少了工人的勞動強度，減少了支護材料的運輸費用，同時也減少了頂板事故的發生，提高了巷道掘進速度。

根據錨固組合拱支護原理提出的加長錨固錨帶網支護系統，經井下實踐證明這一支護形式可以充分發揮錨固組合拱的作用，支護效果好，是綜放工作面兩順全煤巷道支護的一種合理形式。

附圖