錨網索聯合技術在大變形軟巖頂底板煤巷支護工作中的應用

李杰LI Jie

（冀中能源峰峰集團孫莊采礦公司，邯鄲 056200）

（Jizhong Energy Fengfeng Group Sunzhuang Mining Company，Handan 056200，China）

1 工程條件概述

本區煤層結構復雜，含有1～2 層夾矸，夾矸厚度0.1m～0.8m，平均0.5m，該層夾矸將煤層分為兩層，夾矸以上的煤層為頂大煤，厚度0～1.0m，平均0.7m，夾矸以下的煤層為底大煤，厚度1.7m～3.2m，平均2.3m，煤層走向隨向斜軸變化而變化，走向由NE 轉SE，形態為半圓弧型。傾角最大30°，最小15°，平均21°。煤層頂板為3.6m 黑灰色砂頁巖，老頂為6.2m 左右灰白色粗粒砂巖；底板為0.8m炭質泥巖，再往下為1.4m 鋁土質泥巖和7.0m 左右的砂頁巖互層。

2 支護設計和支護工藝

2.1 支護設計 當頂板發生破碎狀況之時，使用9.8m225 型U 鋼支護，下凈寬4.2 米，巷道中凈高2.4 米，煤巷棚距0.8 米，巖巷棚距1.0 米，頂鋪塑網、板皮裱背嚴實，連網繩距0.2 米，板皮背距0.3 米。如圖1 所示，是9.8m225 型U 鋼斷面圖。

圖1 9.8m225 型U 鋼斷面圖

當頂板完好之時則使用錨網索支護。具體的支護方式是：在巷道中線位置每排打設兩根錨索，其中錨索之間的距離和每排之間的距離都保持為1.6 米。并且在錨索兩側相距一米處分別打設一根2.4 米的金屬錨桿，配合梯子梁金屬網對頂板進行聯合支護。錨桿每排只需要六根，并且每排之間保持800mm×1600mm 的距離。

當工廣煤柱運輸巷和回風眼在經過斷層之時，則使用25 型7.79m2U鋼支護，凈寬3.6 米，中凈高2.4 米，煤巷棚距0.8米，巖巷棚距1.0 米，頂幫鋪設板皮塑料網裱褙，板皮背距0.3，連網繩距0.2 米，卡纜間距0.4 米。如圖2 所示就是25 型7.79m2U 鋼支護斷面圖。

圖2 25 型7.79m2U 鋼支護斷面圖

2.2 支護工藝

2.2.1 確定錨桿支護參數 對錨桿長度的計算可以根據公式：LD=b1+LD1+LD2

其中bl 表示巷道頂板潛在冒落拱的高度，取值1.58米，LD1 表示桿體錨固長度，取值0.3 米，LD2 表示桿尾外露的長度，在這里取值0.1 米。則得出的錨桿長度是1.98米。再根據《煤巷樹脂錨桿支護設計規范》當中的內容，并且結合實際工程情況和長期的支護經驗，最終錨桿長度選擇2.4 米。

針對頂板錨桿每排之間的距離可以依據以下公式進行計算：SD=π Z[Z(a+b1)/ab1]1/2

以上式子當中Z 表示錨桿埋入的深度，取值一厘米。那么最后得出的排距是0.8 米。

計算每一排錨桿的數量，先假設數量為N，那么：

N=n.Q.SD/PD

其中PD 表示的是排距，取值0.8 米，Q 表示頂板巖層的壓力，取值156.7kN/m，n 表示安全系數，取值2.5，最終得出需要的錨桿數量是五根。再結合工程實際情況和經驗借鑒，最終確定排距和間距均取值800 毫米。

2.2.2 幫錨桿的參數確定 其中頂錨桿使用直徑達到200 毫米的左旋螺紋鋼，長度為2400 毫米。每排之間的距離和錨桿之間的距離均選擇800 毫米，并且在安裝之時注意傾斜度，上下角錨桿均需要向頂底板方向取值十五度的傾斜角，而且上角錨桿和頂板之間的距離最好低于250 毫米。錨固劑選用K2335 和Z2335 型樹脂藥卷各一個，以提高施工速度和質量。

2.2.3 錨索支護參數的確定 使用錨索長度計算公式可以得出錨索的長度取值3.38 米，結合實際情況改用6 米的錨索。在安裝錨索之時，根據煤巷的具體情況，在頂端每排需要兩根錨索，每排之間的距離保持為1.6 米，錨索之間距離1.2 米。并且每根錨索還需要配置300×300×14mm 的鋼托板，所有的錨索依據中線的位置呈對稱分布狀態。

3 松軟頂底板煤巷圍巖錨固支護機理

3.1 錨桿的支護作用 ①錨桿的使用能夠起到增強巖層的強度的作用，尤其是對于強度較低的煤體能夠起到極大鞏固作用。由于煤頂底板巖層較為松軟，在掘進開始之后巷道會因為各種因素而使得塑性變形。因此必須使用錨桿對這種容易產生塑性變形，以及破碎煤巖力學性質加以改變，最終增強強度，達到掘進要求。②在拉應力和剪應力的作用之下，兩幫的煤體會受到一定的破壞，錨桿可以在一定程度改變應力狀態。保障在兩個作用力的條件之下，巖層的抗力能力得到提高。③通過錨桿的使用能夠有效的提高不連續面的抗剪強度，使松軟的巖層整體的應力狀態有所改善，提高其強度、完整性以及穩定性。減少由于巖層的變形而造成的破壞情況。④錨索和錨桿共同作用，將錨桿支護形成的次生承載層和圍巖的主承載層相連，充分調動圍巖深部的承載力，從而提高整體支護的牢固性和穩定性。

3.2 頂幫錨桿的支護作用 使用Flac3D軟件針對煤巷的錨桿支護、錨索支護、巷道無支護，三種不同的支護條件之下分析圍巖錨固支護機理。通過分析，如圖3 可以得出結論：當使用錨桿作為支護之時，受到錨桿影響較大的區域下沉位移量很小，反之則隨著時間的推移漸漸恢復成為沒有支護之下的狀態。而當使用錨網索進行支護之時，有效的轉變了只單獨使用錨桿支護之時的狀況，頂板整體的下沉量都得到控制。并且和錨桿之間形成作用疊加的狀態，形成一個拱形支護結構。

圖3 無支護、錨桿支護、錨索支護圖

通過三種支護條件下的主應力分布特征可以得出，使用了錨桿或者錨索的條件之下，其所夾持的區域應力集中現象明顯加強，這個夾持作用讓原本可能發生離層狀況的頂板分層形成一個整體。如果將所有錨桿周圍的夾持體連為一個整體，則可以看做將頂板分層的厚度整體增加，相應的提高剛度，保障了支護的有效性。而且錨索的作用能夠充分調動巷道深部圍巖強度，使得支護效果得以提高。由此可見在錨桿、錨索、金屬網共同作用之下，支護效果最佳。

3.3 底角錨桿支護作用 使用兩種支護方式，第一種是頂板錨桿和兩幫錨桿的支護方式，第二種是將第一種方式再添加底角錨桿支護的方式。通過模擬對比可以得出結論，使用第一種方式之時，下沉量、底鼓量和兩幫的位移情況都比較嚴重。而使用第二種方式，雖然在下沉量和位移情況兩者之上的轉變細微，但有效的控制了底鼓量狀況。由此可知，使用第二種方式能夠更加有效的達到支護效果。

4 結束語

綜上所述，因為大變形軟巖對煤巷的掘進活動影響頗大，所以必須注意支護問題。以上采用了錨網索聯合的技術以達到支護效果，通過對比得知選擇使用錨桿和錨網索共同作用效果最佳。而且在設計支護參數之時必須嚴格按照相關規范進行，并且結合實際情況和成功經驗的借鑒，以便于達到最佳的支護效果。

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