鳥籠錨索在掘進工作面過破碎帶的研究與應用

張虎偉

摘要： 錨網支護目前在煤礦巷道支護中已經應用的十分廣泛，但是錨網支護技術應用的關鍵條件是圍巖能夠提供足夠的錨固力，在此基礎上，才能施加較大的預緊力，充分發揮錨網支護的主動性。但是在現實應用中，某些比較破碎的頂板，尤其是過上分層采空區時，圍巖比較松散，往往無法保證錨固力，在此種情況下，采用鳥籠錨索能夠有效的解決這一問題，現在應用取得良好的應用效果。

Abstract： The bolting wire mesh support has been widely used in mine roadway support at present. However， the key condition for the application of bolting technology is that the surrounding rock can provide sufficient anchoring force. On this basis， it can exert a greater pre-tightening force and give full play to the initiative of anchor net support. However， in practical applications， some relatively broken roof， especially over the stratified mined area， the surrounding rock is relatively loose， often can not guarantee the anchoring force. In this case， the use of birdcage anchorage cables can effectively solve the problem， now the application achieved good results.

關鍵詞： 破碎帶；錨固力；鳥籠錨索

Key words： fracture zone；anchoring force；birdcage anchorage cable

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）04-0135-03

1 巷道概況

12150下巷地表對應位置位于老下趙溝遺址，X002縣道從中穿過。其余部分為農田、曠野及丘陵、無重要建筑物。該工作面位于12采區2-3煤皮帶下山東翼；工作面北部為（2-3）12110工作面采空區；南部為12170工作面采空區；上部為2-1煤和1-2煤采空區、2-1煤12111、12131及11081三個工作面采空區和1-2煤11061、11081、11011、12111及12131五個工作面采空區。2-1煤工作面開采已經超過10年以上。相鄰南部為已回采的12170工作面，工作面平均煤厚為11.57m；北部為已回采的12110工作面，工作面平均煤厚為9.6m。

根據礦方提供的地質資料，2-3煤，黑色，煤巖成分以亮煤為主，瀝青光澤，條帶狀構造，裂隙發育，厚度9-15.5m，平均厚度為11.8m，煤層結構復雜，含夾矸3-7層，夾矸為灰-灰黑色泥巖，夾矸累厚1.1m，煤層儲量估算厚度為10m，煤層產狀一般為165°∠10°。

頂板：合并區煤層頂板為深灰色泥巖，厚度為39m左右，抗拉強度為1.5MPa，抗壓強度為23.57MPa，內聚力為1.2MPa，分叉區煤層頂板為深灰色泥巖及淺灰色細砂巖，厚0.8m-26m，抗拉強度為1.72MPa，抗壓強度為35.82MPa，內聚力為3.2MPa，泥巖中含植物化石碎片，細砂巖偶含煤屑。

底板：煤層底板上部為炭質泥巖，黑色厚0.8-1.9m，一般為1.0m，抗拉強度為0.97MPa，抗壓強度為17.5MPa，內聚力為0.75MPa，中下部為淺灰色細砂巖，抗拉強度為1.72MPa，抗壓強度為35.82MPa，內聚力為3.2MPa，平均厚14.2m，塊狀構造，偶含煤層。

2 煤巖體強度及錨固力

2.1 煤巖體強度

在12150下巷距巷口380m進行頂板強度測試，測試結果可知，一測點頂板以上0-4.3m為2-3煤，煤層強度平均值為14.83MPa，4.3-10m為泥巖，巖層強度平均值為23.04MPa，測試結果見圖1-圖2。

2.2 錨固力測試

錨固力和預緊力測試工作必須在井下施工之前進行完畢。錨固力試驗采用錨桿拉拔計確定樹脂錨固劑的粘結強度。在12150破碎段進行拉拔試驗，頂錨桿進行兩根拉拔試驗，基本在160kN以上；兩幫四根錨桿錨固力分別為63、85、115、150kN；頂板6.3m錨索均在180kN左右；兩幫4.3m長度錨索均在160kN左右，錨固力不足，必須采取措施[1-3]。

3 巷道支護方案

3.1 頂板支護

①普通錨索：

錨索形式和規格：錨索采用1×7股高強度低松弛預應力鋼絞線，直徑18.9 mm，長度為4300mm，延伸率不小于3.5%，鉆孔直徑28mm，配合高強度異形托盤及配套鎖具。

錨固方式：采用直徑為28mm鉆頭打孔，一支MSK2335，兩支MSZ2360三支樹脂錨固劑加長錨固。

網片規格：采用雙層經緯網配合鋼筋托梁護頂，網孔規格40×40mm，頂網規格為4000×1000mm，兩個網片搭接100mm。

鋼筋托梁規格：采用16 mm螺紋鋼焊接而成，托梁寬度為210mm，長度為3300mm。

錨索托板：托板尺寸為300×300×14mm，托板高度要求不小于56mm，承載能力不低于400kN，配合調心球墊和高強度錨索鎖具使用。endprint

錨索布置：錨索間距1330mm，每排6根錨索，排距900mm，全部垂直頂板架設。

錨索預緊力：初次張拉要求不低于200kN。

②鳥籠錨索：

錨索形式和規格：錨索采用1×7股高強度低松弛預應力鋼絞線，直徑18.9 mm，長度5300mm，延伸率不小于3.5%，

錨固方式：采用鉆頭直徑32mm打孔，一支MSK2840和兩支MSZ2860樹脂錨固劑錨固，配合高強度鎖具和可調心托板。

拱型錨索托板：采用300×300×14mm高強度可調心托板及配套鎖具，托板要求高度不小于56mm，承載能力大于400kN。

錨索布置：錨索間距2850mm，排距1800m，每排3根錨索，全部垂直巖面打設。要求錨索初始張拉不低于260kN，預緊力損失后不低于200kN。

3.2 巷幫支護

錨桿形式和規格：桿體為22#左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼號為BHRB500號，長度2.4m，桿尾螺紋為M24。

錨固方式：樹脂加長錨固，采用兩支樹脂錨固劑，一支規格為MSK2335，另一支規格為MSZ2360，鉆頭直徑為30mm，錨固長度1200mm。

W鋼護板規格：厚度5mm，寬280mm，長度450mm，高度不低于25mm。

錨桿配件：采用高強錨桿螺母M24，配合高強托板調心球墊和尼龍墊圈，托板采用拱型高強度托板，高度不低于36mm，托板尺寸不小于150×150×10mm，承載能力不低于255kN。

網片規格：采用雙層經緯網護幫，經緯網材料10#鐵絲，網孔規格40×40mm，網片規格4000×1000mm，采用16#鉛絲聯接，雙絲雙扣梳辮法孔孔相連。

錨桿布置：錨桿間距為950mm，排距為900mm，每排每幫2根錨桿，全部垂直于巖面打設。

錨桿預緊扭矩：≥300Nm，禁止超過500Nm。

鳥籠錨索：錨索形式和規格：錨索采用1×7股高強度低松弛預應力鋼絞線，直徑18.9 mm，長度5300mm，延伸率不小于3.5%。

錨固方式：采用鉆頭直徑32mm打孔，一支MSK2840和兩支MSZ2860樹脂錨固劑錨固，配合高強度鎖具和可調心托板。

錨索托板：采用300×300×14mm高強度可調心托板及配套鎖具，高度不低于56mm，承載能力不低于400kN。

錨索布置：每幫錨索按照2-0-2布置，錨索距離底板垂直距離為500mm，排距為1800mm，間距1900mm。

錨索角度：兩幫錨索水平打設。要求錨索初始張拉≥260kN，預緊力損失后不小于200kN。

鳥籠錨索為在錨索中編入M8的螺母，鳥籠處最大直徑28mm，錨索端部設兩處鳥籠，鳥籠之間間距為500mm，限位套之間間距為500mm，錨索端部攪拌頭長30mm，攪拌頭配合高強度鎖具和可調心托板。鳥籠錨索規格及尺寸見圖3[4-6]，12150下巷破碎錨桿錨索支護布置如圖4。

4 現場監測

巷道掘進支護以后42d圍巖變形量如圖5所示。30d后12150下巷兩幫基本穩定，兩幫最大位移量在170mm左右；頂板在33d左右也基本穩定，頂板最大下沉量在80mm左右。相對之前完全普通錨索支護的巷道圍巖變形量大幅度降低。錨索受力穩定，說明鳥籠錨索的錨固端穩定可靠，有效的限制圍巖的變形[7-8]。

5 結論

①煤礦巷道進行錨網支護之前一定要進行巷道圍巖強度和錨固力測試，在此基礎上判定巷道圍巖能否提供可靠的錨固基礎，確保錨網支護能夠施加較高的預緊力，充分發揮錨網主動支護的優勢。②針對比較破碎的圍巖，能夠提供錨固力有限的圍巖，采用鳥籠錨索，增加錨索與錨固劑以及鉆孔的錨固面積來提高錨固力。礦壓監測數據表明，鳥籠錨索針對破碎帶圍巖的支護效果良好。

參考文獻：

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