巷道支護不同參數對錨桿性能的影響分析

劉偉軍

（山西潞安郭莊煤業有限責任公司，山西 長治 046100）

引言

某礦5107 工作面地質構造簡單，煤層中沒有斷層，順槽有較深的埋藏，巷道圍巖的應力較大，巖石普氏系數不高，巖石強度較低，順槽巖層包括灰色頁巖、暗灰色粉砂巖、暗灰色細沙巖三種巖層。

1 錨桿參數的確定

在開采過程中，煤層受上覆采空區和煤柱的影響，加上臨近工作面開采動壓的影響，使5107 工作面出現劇烈的礦壓顯現現象，隨著掘進深度的增加，巷道底板出現底鼓，圍巖出現變形，嚴重影響工作面的安全開采[1]。在掘進前期，對5107 順槽進行錨桿支護，采用鋼筋樹脂錨桿，錨桿直徑為18 mm，長度為1 800 mm，錨桿間排距為700 mm×700 mm。

2 支護參數的模擬研究

2.1 模擬方案

根據5107 順槽的實際情況，建立工作面的數值模型，模型長30 m，寬10 m，高20 m，對模型上方的約束采用垂直應力，對其他部分的約束采用固定位移[2]，提出幾種模擬方案，如表1 所示。

表1 巷道支護模擬方案

2.2 幫部支護的模擬研究

在模擬方案中，除了方案1 沒有對幫部進行支護，其他方案都進行了幫部支護，對比方案1 和方案2，對巷道兩幫的移近量進行對比，發現在對幫護進行支護后，兩幫的移近量從472.42 mm 減少到227.84 mm，減小約50%，錨桿支護效果較好，巷道圍巖的穩定性有所提高，因此，在高應力巷道中，對幫部進行錨桿支護。

2.3 頂板錨桿間排距的模擬研究

模擬方案中方案2、方案3、方案4 采用排距不同的錨桿支護方式，為了找到合適的錨桿排距，對比不同錨桿間排距支護方案下頂底板的移近量，發現錨桿間排距從900 mm 增加到1 100 mm，巷道頂底板的移近量從345.03 mm 增加到543.25 mm，增加了約59%，而巷道的水平移近量變化相對較小。

2.4 錨桿長度的模擬研究

模擬方案中方案2、方案5、方案6、方案7、方案8 采用不同直徑和長度的錨桿進行支護，為了確保開采的安全性，選擇合適的錨桿直徑和長度，對比不同直徑和長度的錨桿支護下巷道的垂直移近量，綜合考慮經濟成本和不同參數的影響[3]，確定高應力下巷道頂板的錨桿參數為Φ22 mm×2 200 mm。

根據模擬方案以及實際情況，確定采用錨桿+鋼筋梯的支護方案，在頂板布置左旋螺紋鋼錨桿，錨桿直徑為22 mm，長度為2 200 mm，間距為900 mm，排距為900 mm，每排4 根錨桿；上幫布置圓鋼錨桿，錨桿直徑為18 mm，長度為1 800 mm，間距為900 mm，排距為900 mm，每排3 根錨桿；下幫布置玻璃鋼錨桿，錨桿直徑為17 mm，長度為1800 mm，間距為900 mm，排距為900 mm，每排3 根錨桿，同時掛網鋪設鋼筋梯，巷道斷面及支護如下頁圖1 所示。

圖1 巷道支護示意圖（單位：mm）

3 效果分析

在安裝時，將錨桿的預緊力扭矩分別設為300 N·m 和600 N·m，對應的預緊力分別為50 kN 和75 kN[4]，設置監測點，分析不同預緊力下巷道表面的位移量和速度、巷道頂板離層以及錨桿受力情況，得到不同預緊力下巷道表面位移量和速度結果如表2 所示。

表2 不同預緊力下巷道表面位移量和速度對比

從表2 中可以看出，隨著預緊力的增大，巷道兩幫和頂板的位移量明顯減少，移動速度有所降低。

對巷道頂板離層進行監測時，采用離層指示儀，得到結果如表3 所示。

從表3 中可以看出，隨著預緊力的增大，巷道頂板的離層量明顯降低。

表3 不同預緊力下巷道頂板離層對比

對不同預緊力下，錨桿的受力情況進行監測，得到結果如表4 所示。

從表4 中可以看出，隨著預緊力的增大，錨桿預緊力的初始值與最終值的差值在不斷縮小，甚至在個別監測點出現初始值等于最終值，可見，隨著預緊力的增大，錨桿的支護性能得以提升，確保了礦井的安全開采。

表4 不同預緊力下錨桿受力對比

4 結論

1）針對煤礦工作面巷道支護效果差，采用數值模擬分析方法，以5107 工作面為研究對象，建立數值模擬模型，分析不同錨桿間排距、錨桿直徑和長度的支護效果，確定巷道錨桿支護的最優參數，頂板錨桿支護的錨桿直徑為22 mm，錨桿長度為2 200 mm。

2）分析不同預緊力下巷道表面的位移量和速度、巷道頂板離層以及錨桿受力情況，結果表明：隨著預緊力的增大，錨桿的支護性能得以提升，確保了礦井的安全開采。