煤巷錨桿支護的控制機理及應用研究

王海軍

(華能云南滇東能源有限責任公司白龍山煤礦一井,云南滇東 655508)

煤巷錨桿支護的控制機理及應用研究

王海軍

(華能云南滇東能源有限責任公司白龍山煤礦一井,云南滇東 655508)

煤巷錨桿支護越來越多成為主要支護形式,分析其控制機理對巷道圍巖支護設計提供可靠的依據,針對具體條件下不同直徑錨桿支護下巷道圍巖變形進行了對比分析,結果表明Ф25錨桿支護對巷道加強支護能起到較好的效果。

錨桿支護 煤巷 控制機理 錨桿直徑

1 煤巷錨桿支護的理論分析

(1)懸吊理論。懸吊理論認為:錨桿支護的作用就是將巷道頂板較軟弱巖層吊在上部穩定巖層上,以增強較軟弱巖層的穩定性。

(2)組合梁理論。機理:將錨固區內巖層組合成一整體,提高其抗彎剛度,大大減小組合梁的撓度,其適用條件為層狀復合頂板。

(3)組合拱理論。在破裂范圍內,通過預應力錨桿兩端形成的圓錐形分布壓力,其交錯形成一個壓縮帶,即承壓拱,該承壓拱承受徑向載荷。在承壓拱內的巖石徑向及切向均受壓,處于三向應力狀態,其圍巖強度得到提高,支撐能力也相應加大。對擾動圍巖進行強度再強化,控制松動圈的擴展。

(4)圍巖松動圈理論。研究發現圍巖松動圈Lp是圍巖應力P與圍巖強度R的復雜函數,即Lp=f(P,R)。Lp是一個綜合性指標,它的大小反應了支護的難易程度。而且大量的相似模擬試驗及現場實測表明,它與煤礦巷道的跨度(一般3～5m范圍)及有無支護等關系不大,巷道支護主要的對象是圍巖松動圈產生、發展過程中的碎脹變形力。當采用錨桿支護時,錨桿受拉是圍巖松動圈的產生和發展而引起的。（如圖1、圖2）

圖1 組合拱理論示意圖

圖2 圍巖松動圈理論示意圖

2 不同錨桿直徑支護的煤巷圍巖穩定性分析

中央采區回風上山原使用Ф22錨桿支護,由于頂板壓力較大,造成頂板開裂嚴重,頂板下沉量較大。為對頂板加強支護,特在該巷道距撥門處360m～400m使用Ф25錨桿進行支護升級實驗(正頂打7排Ф25錨桿,幫部使用Ф22錨桿),觀測其支護效果。該段巷道頂板為泥巖,5、6#測點為Ф22錨桿支護,7#為Ф25錨桿支護。5#、7#測點的觀測數據見表1、表2。

表1 5#測點觀測數據(Ф22)

表2 7#測點觀測數據(Ф25)

3 結語

從3個測點的觀測數據看,使用Ф22錨桿支護的5#、6#測點的兩幫日均位移近分別為23.3mm、41mm,頂板日均下沉量為18.7mm、26.8mm;使用Ф25錨桿支護7#測點兩幫日均移近量為41mm,頂板日均下沉量為15.6mm。使用Ф25錨桿支護的巷道比使用Ф22錨桿支護的巷道頂板日均下沉量要小,所以壓力大的地段,使用Ф25錨桿支護對巷道加強支護能起到較好的效果。（如圖3）

圖3 Φ25錨桿與Φ22錨桿支護時巷道頂板下沉量對比圖

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