礦井巷道回采中錨桿支護(hù)技術(shù)研究

安偉軍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四臺(tái)礦， 山西 大同 037003）

引言

錨桿通過地層的錨固力來維護(hù)巷道圍巖的穩(wěn)定，因此，錨桿支護(hù)具有支護(hù)造價(jià)低、支護(hù)效果好且對(duì)圍巖擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)[1]，因而，相對(duì)應(yīng)的錨桿支護(hù)理論有懸吊理論、組合梁理論、加固拱理論、松動(dòng)圈理論、最大水平應(yīng)力理論以及圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論等。

錨桿作為煤礦常用的支護(hù)技術(shù)手段，為充分發(fā)揮好錨桿的支護(hù)效果，通常在進(jìn)行巷道支護(hù)前，錨桿設(shè)計(jì)要遵循以下幾個(gè)原則：一是要求巷道一次支護(hù)成巷，一次成巷支護(hù)不僅能很好地維護(hù)圍巖的穩(wěn)定性，還可實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)的安全高效；二是要求做到“三高一低”原則，保證采用的錨桿強(qiáng)度高、剛度高及可靠性高，且支護(hù)密度低，不僅可降低單位面積的錨桿支護(hù)數(shù)量，還可以提高煤炭的開采掘進(jìn)速度[2]；三是要求錨桿支護(hù)體系設(shè)計(jì)的強(qiáng)度、剛度要比臨界值大；四是要求錨桿與配件相互匹配的設(shè)計(jì)理念，如配套錨桿的螺母、托板以及鋼帶要與力學(xué)性能相互耦合，能夠?qū)㈠^桿支護(hù)體系的聯(lián)合支護(hù)作用發(fā)揮出來；五是要便于取材，設(shè)計(jì)的錨桿支護(hù)方案在實(shí)踐中要具有可操作性；六是要保證錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理，巷道支護(hù)成本低[3]。因此，為驗(yàn)證所采用的錨桿支護(hù)效果，本文主要分析當(dāng)安設(shè)錨桿支護(hù)后，監(jiān)測(cè)巷道圍巖的變形情況，進(jìn)而確定錨桿支護(hù)方案的可行性。

1 巷道錨桿支護(hù)作用機(jī)理的分析

目前，錨桿已在煤礦支護(hù)中占主導(dǎo)作用，當(dāng)巷道安裝錨桿后，錨桿會(huì)同時(shí)受到軸向和徑向錨固力作用，錨桿會(huì)對(duì)其斜交的裂隙或?qū)用孢M(jìn)行錯(cuò)動(dòng)控制，因此，當(dāng)錨桿與剪切面成銳角夾角時(shí)，隨剪切錯(cuò)動(dòng)，桿體被拉伸，此時(shí)，錨桿支護(hù)效果最佳；若錨桿與剪切面成鈍角夾角時(shí)，即向反方向傾斜時(shí)，隨發(fā)生剪切錯(cuò)動(dòng)，錨桿被壓縮，此時(shí)，錨桿支護(hù)效果變差。通過研究表明，錨桿是借助對(duì)沿巷道圍巖破裂面等軟弱面的剪切錯(cuò)動(dòng)產(chǎn)生的阻力來實(shí)現(xiàn)錨桿對(duì)巷道頂板的支護(hù)作用。當(dāng)錨桿軸向約束以及剪切錯(cuò)動(dòng)面上原有的正壓力都很大時(shí)，錨桿抑制剪切錯(cuò)動(dòng)作用不明顯，反之正壓力很低時(shí)，錨桿的約束作用就比較顯著。

2 巷道回采中錨桿支護(hù)方案的設(shè)計(jì)

本文以某礦為對(duì)象，設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)方案如下：對(duì)于頂部錨桿，采用規(guī)格是Φ20 mm×3100 mm 的左旋高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，間排距是900 mm、900 mm，每排設(shè)置7 根錨桿，并垂直安設(shè)于頂板，此外，頂板還選用M2370、K2360 的樹脂藥卷對(duì)其進(jìn)行加長(zhǎng)錨固，鉆孔直徑規(guī)格是30 mm，并加以規(guī)格是5000 mm、2804 mm 的W 鋼帶進(jìn)行護(hù)頂。對(duì)于幫部錨桿，采用規(guī)格是2500 mm 的左旋高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，間排距是900 mm、800 mm，兩側(cè)幫部分別各設(shè)置4 根錨桿，同樣垂直于煤幫鋪設(shè)，此外，兩側(cè)幫部也同樣選用Z2360 和K2360 的樹脂藥卷對(duì)其進(jìn)行加長(zhǎng)錨固，鉆孔直徑同于頂板，選取規(guī)格是450 mm×2805 mm 的W 鋼帶進(jìn)行護(hù)幫。

當(dāng)確定錨桿支護(hù)方案后，為獲得具體的錨桿支護(hù)效果，本文對(duì)支護(hù)后的巷道效果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)，同時(shí)，結(jié)合巷道實(shí)際，對(duì)巷道進(jìn)行監(jiān)測(cè)布置，沿開采作業(yè)面前進(jìn)方向設(shè)置三個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，具體是：巷道圍巖表面位移和幫部深部位移沿掘進(jìn)方向-15 m、60 m 和120 m分別設(shè)置1 號(hào)、2 號(hào)和3 號(hào)監(jiān)測(cè)斷面，便于分析巷道表面及深部位移的變化情況，

3 對(duì)巷道圍巖表面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

從錨桿支護(hù)結(jié)束后開始起算，分別對(duì)1 號(hào)、2 號(hào)和3 號(hào)三個(gè)斷面連續(xù)監(jiān)測(cè)45 d，得到下頁(yè)圖1 所示的兩側(cè)幫部表面位移變化情況。

從下頁(yè)圖1 可以看出，隨著監(jiān)測(cè)天數(shù)的增加，巷道兩側(cè)幫部的移近量逐漸增大，隨后又逐漸趨于平緩，且最大位移值為80 mm。

圖1 巷道兩側(cè)幫部表面位移隨監(jiān)測(cè)天數(shù)的變化曲線

同樣，對(duì)1 號(hào)、2 號(hào)和3 號(hào)三個(gè)斷面連續(xù)監(jiān)測(cè)45 d，得到下頁(yè)圖2 所示的頂?shù)装灞砻嫖灰谱兓闆r。

圖2 巷道頂?shù)装灞砻嫖灰齐S監(jiān)測(cè)天數(shù)的變化曲線

從下頁(yè)圖2 可看出，隨著監(jiān)測(cè)天數(shù)的增加，巷道頂?shù)装逦灰瞥尸F(xiàn)出相同的變化曲線，且最大位移值是70 mm，對(duì)比圖1 幫部最大位移相差10 mm。此外，對(duì)比圖1 和圖2 還可知，對(duì)于1 號(hào)斷面，第1 天就出現(xiàn)了相對(duì)位移量；對(duì)于2 號(hào)斷面，第10 天產(chǎn)生相對(duì)位移量；對(duì)于3 號(hào)斷面，第16 天產(chǎn)生相對(duì)位移量，且每個(gè)斷面產(chǎn)生位移量峰值及產(chǎn)生位移量峰值的時(shí)間也都不同。

同理，從錨桿支護(hù)結(jié)束后開始算起，分別對(duì)1 號(hào)斷面連續(xù)監(jiān)測(cè)45 d，得到圖3 所示的兩側(cè)幫部深部位移變化情況。

圖3 1 號(hào)斷面深部位移隨監(jiān)測(cè)天數(shù)的變化曲線

從圖3 可以看出，隨著監(jiān)測(cè)天數(shù)的增加，1 號(hào)斷面巷道兩側(cè)幫部位移先增大，隨后逐漸趨于平緩，且不同的監(jiān)測(cè)深度，對(duì)應(yīng)的位移最大值也不同。

采用同樣的監(jiān)測(cè)手段分析2 號(hào)斷面位移變化情況，得到圖4 所示的變化曲線。從圖4 可以看出，隨著監(jiān)測(cè)天數(shù)的增加，巷道幫部位移呈現(xiàn)與1 號(hào)斷面相同的變化規(guī)律。

圖4 2 號(hào)斷面深部位移隨監(jiān)測(cè)天數(shù)的變化曲線

對(duì)比圖3 和圖4 可知，2 號(hào)斷面幫部位移量隨著監(jiān)測(cè)位置的深度越深而增大。當(dāng)監(jiān)測(cè)深度是1 m 時(shí)，1號(hào)和2 號(hào)斷面的平均最大位移量為17 mm；當(dāng)監(jiān)測(cè)深度是2 m 時(shí)，兩個(gè)斷面的平均最大位移值為25 mm；當(dāng)監(jiān)測(cè)深度是3 m 時(shí)，平均最大位移值為32 mm；當(dāng)監(jiān)測(cè)深度是4 m 時(shí)，平均最大位移值為35 mm；當(dāng)監(jiān)測(cè)深度是5 m 時(shí)，平均最大位移值為40 mm。上述結(jié)果表明，在該錨桿方案支護(hù)下，幫部的位移量較小，錨桿支護(hù)效果好。

4 結(jié)論

1）隨著監(jiān)測(cè)天數(shù)的增加，巷道圍巖表面位移量逐漸增大，隨后又逐漸趨于平緩。

2）隨著監(jiān)測(cè)天數(shù)的增加，巷道兩側(cè)幫部深部位移量先增大，隨后逐漸趨于平緩。

3）該錨桿支護(hù)下兩側(cè)幫部位移量較小，說明錨桿支護(hù)效果好，該支護(hù)方案具有很強(qiáng)的可行性。