煤礦軟巖回采巷道錨桿支護技術應用

摘 要：軟巖回采巷道支護是煤炭開采中的一項關健技術，合理、安全、可靠的巷道支護技術是實現礦井高產高效的必備條件，袁店二井煤礦主采煤層7、10煤層頂板為泥質粉砂巖或泥巖，呈層狀，性脆，裂隙發育;底板為泥巖，遇水易膨脹泥化，屬于典型的軟巖回采巷道，架棚支護是一種被動支護，易造成巷道兩幫及頂底版移近量大，支架損壞嚴重，易出現前掘后修的現象，嚴重影響安全生產。在國內外大量軟巖回采巷道錨桿支護技術實踐的基上，安徽省淮北礦業集團袁店二井煤礦83采區7238工作面回采巷道掘進時應用了錨桿、錨索支護技術，取得了成功，獲得了較大的技術經濟效益和社會效益。

關鍵詞：軟巖回采巷道;支護設計;錨桿;錨索

0引? 言

自1872年英國北威爾士露天頁巖礦首次應用錨桿加固邊坡及1912年德國謝列茲礦最先采用錨桿支護井下巷道以來，錨桿支護技術至今已有一百多年的歷史。我國于20世紀50年代開始試用錨桿支護技術，至70年代前期還處于探索階段，直到1978年才開始重點推廣，80年代開始向英國學習錨桿支護技術后推廣到煤巷支護，90年代又向澳大利亞學習引進成套先進的錨桿支護技術，目前已得到較廣泛的推廣和應用，錨桿支護作為一種主動支護方式，也是煤礦常用的主要的支護形式，目前安徽省淮北礦業集團煤礦回采巷道普遍采用錨桿支護的方式。但對軟巖回采巷道的錨桿支護效果一般，需要不斷的探索改進，怎么選擇一種適合軟件回采巷道的錨桿支護方式，是存在軟巖回采巷道掘進礦井的一個實際施工難題和研究方向，需要不斷的實踐總結。

1、軟巖回采巷道特點

軟巖本身具有崩解性、膨脹性和觸變性的基本屬性，軟巖回采巷道的表象特征為：頂板下沉、兩幫漲幫、底板鼓起，其特點是：軟巖易風化、遇水易膨脹;軟巖地壓大、來壓快、變形量大、且變形持續時間長;軟巖回采巷道自承能力低，底鼓明顯等。

2、軟巖回采巷道支護理論和原則

眾所周知，一種好的有效的支護方法必須和圍巖的變形特征相適應，否則將導致支護體不同程度的破壞，制約礦井安全生產。

目前錨桿支護理論有懸吊理論、組合梁理論和加固拱理論等。懸吊理論是最早的錨桿支護理論、特別是在頂板上部有穩定巖層，而其下部存在松散、破碎巖層的條件下，這種支護理論應用比較廣泛。其主要缺陷是僅考慮了錨桿的抗拉作用，沒有涉及其抗剪能力及對破碎巖層整體強度的提高。組合梁理論充分考慮了錨桿對巖層離層與滑動的約束作用，適用于層狀巖層。該理論認為，錨桿提供的軸向力將對巖層離層產生約束，并且增大了各巖層間的摩擦力，與錨桿桿體提供的抗剪力一同阻止巖層間產生相對滑動。加固拱理論認為，即使在軟弱、松散、破碎的巖層中安裝錨桿，也可以形成一個承載結構。軟巖回采巷道錨桿支護工藝要遵循四個原則：一是提高單根錨桿與單根錨索的強度，在保證支護強度不低于原有支護強度和巷道安全的前提下，減小錨桿密度，降低單位面積上錨桿數量，這樣實際施工工需要施工的錨桿數量就少了，從而施工的耗費的人力物力等等都下降了，作業所需的時間也變得短了，施工效率就提高了，從支護設計上提高成巷速度;二是提高錨固系統的整體剛度，通過多種組合，比如錨桿金屬網組合、錨桿鋼帶組合、錨桿加固梁組合、錨桿錨索金屬網組合等多種多樣的組合，聯合成一個錨固系統整體，組就增加錨固區抵抗變形的能力，充分發揮大扭矩錨桿及高預緊力錨索的支護作用;三是大幅提高錨桿的預緊力， 錨桿支護的主動、及時支護，主要體現在錨桿支護體系對巷道圍巖施加較大的、及時的初期支護阻力，初期支護阻力提高了圍巖的自承能力、有效控制了巷道圍巖變形。錨桿支護體系的初期支護阻力是由錨桿的初錨力產生的，初錨力則是由安裝錨桿時施加在錨桿上的預緊力產生的。錨桿預緊力是體現錨桿支護的主動性、及時性的主要指標。合理的預緊力可提高巖層的自支撐能力，保證整個錨桿支護體系充公發揮支護效能。提高錨桿控制圍巖的早期擴容與離層的能力，通過這樣的控制最大限度地保持錨固煤巖體的完整性和承載能力，避免圍巖產生較大的變形，使其強度過早、過快地降低。四是提高組合件的強度與剛度。由于錨桿密度降低錨桿間的距離增大，為了有效控制錨桿之間煤巖的變形、松散破壞，需要增加金屬網或鋼帶的強度與剛度，一方面控制了破壞程度一方面提高了支護強度，這樣就能起到兼顧的支護效果。

四、軟巖回采巷道支護方法

由于軟巖回采巷道的特性，所以軟巖回采巷道的支護方法并不是單一的支護方式就可以奏效的，實踐證明軟巖回采巷道的支護必須采用聯合支護方式。根據國內外軟巖回采巷道支護實踐，目前主要采用以下幾種支護方式：錨桿+噴射混凝土支護、錨桿+金屬網+噴射混凝土聯合支護、錨桿+金屬網+錨索聯合支護、錨桿+金屬網+噴射混凝土+注漿聯合支護等，同時根據設計斷面尺寸及現場圍巖狀況采取不同方式的加固措施補強支護。

五、支護實例

安徽省淮北礦業集團公司袁店二井煤礦八三采區7238回風巷掘進初期，設計采用錨桿支架支護，由于沿空掘進礦壓顯現強烈，巷道變形嚴重，經常出現反復修護的問題，也制約著安全生產。改用頂板支護采用規格為：Φ22mm，L=2400mm的高強左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，配L=4400mm的M型鋼帶;金屬網采用8#鐵絲編織的菱形網，長×寬=5000×1000mm;托盤為M型鋼帶專用錨桿托盤，錨索規格為：Φ17.8×6300mm的鋼絞線，托盤為300×300×10mm的專用錨索托盤，錨索隔排打設（機巷每排3根，風巷每排2根），間排距1600×1600mm。兩幫采用規格為：Φ22mm，L=2400mm的高強左旋無縱筋螺紋鋼錨桿（7236機巷沿空掘進側巷幫采用Φ20mm，L=2200mm的等強全螺紋鋼錨桿），鋼帶采用L=2200mm，L=1700mm和L=1000mm的“M”型鋼帶搭接使用。配合8#鐵絲編織的規格為：長×寬=3000×1000mm菱形網聯合支護，錨桿托盤為M型鋼帶專用錨桿托盤。

沿采空區施工時，對沿空側頂（不小于巷寬1/2）、幫必須噴（注）漿封堵，噴漿厚度不小于100mm，預留中對中8米煤柱，保證封堵嚴密的同時讓現有的施工巷道與原巷道及預留煤柱連成一個整體，提高了現有施工巷道的支護強度。

現巷道設計矩形斷面，采用錨桿+錨索+錨網聯合支護，同時施工時采用“預留圍巖松動圈、預留變形量、手鎬成形”施工工藝，以減少對圍巖的破壞，提高支護強度。支護參數如下：

考慮到本礦回采巷道沿空掘進，所以在設計上大了安全系數，取L=2.4m、D=20mm、a=900mm。

2、錨索直徑為17.8mm， 錨索長度為6300mm，錨索間、排距為1600mm*1600mm。

3、金屬網采用8#鐵絲編織的菱形網，長×寬=5000×1000mm;

支護設計圖見下圖1所示。

采用錨桿+錨索+錨網聯合支護，并輔以“預留圍巖松動圈、預留變形量、手鎬成形”施工工藝后，7238風巷道掘進了450m，巷道狀況良好，巷道變形量在設計允許變形量范圍內，除局部巷道出現了底鼓需臥底處理外，未出現返修狀況，達到了預期目的。

六、結語

錨桿支護能有效控制圍巖變形，顯著改善了巷道支護效果，巷道僅需作臥底處理即可滿足安全生產需要。錨桿支護為主動支護，支護成本比金屬支架架棚支護低。同時錨桿支護減少了支架搬運、回撤等工作量，工人勞動強度大大降低，掘進速度加快，效率明顯提高。

參考文獻：

[1]何滿潮，孫曉明.中國煤礦軟巖回采巷道工程支護設計與施工指南[M].科學出版社，2004.

[2]薛順勛，聶光國等軟巖回采巷道支護技術指南[M].煤炭工業出版社，2002.

作者簡介：

張超（1978-），男，安徽淮北，采礦工程師，2009年安徽理工大學采礦工程（函授），安徽省亳州煤業有限公司袁店二井煤礦調度指揮中心主任。