回采巷道錨桿支護(hù)技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用研究

張 凱

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四臺礦，山西 大同 037000）

引言

巷道在煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)中起到了非常關(guān)鍵作用，由于礦山開挖深度的增加，許多礦山巷道都位于較高應(yīng)力區(qū)，而且巷道中圍巖硬度也較低。支護(hù)措施作為巷道安全的重要一環(huán)，受到地質(zhì)構(gòu)造、相鄰的開采面或工作擾動等多方面影響，使得巷道處于結(jié)構(gòu)面穩(wěn)定性差、巖層易松動等狀態(tài)，大大增加支護(hù)困難度，因此維修成本也較為高昂。所以要根據(jù)巷道的作用、服務(wù)年限、圍巖性質(zhì)采取合理化、安全化的支護(hù)方案[1]，保障礦井安全生產(chǎn)并且支護(hù)方案的優(yōu)劣直接影響巷道整體安全，具有重大意義。

1 某礦回采巷道支護(hù)概況

某礦礦井的綜采工作面地理位置在315 m 水平采區(qū)，煤層穩(wěn)定便于開采，架構(gòu)相對復(fù)雜，包含兩層夾矸[2]。煤層結(jié)構(gòu)為單斜構(gòu)造，所謂的單斜是指西南低而東北高，煤層斜夾角約為9°，且工作面的整體坡度較小。運輸巷道、回風(fēng)巷道的所在工作面都順著煤層走向進(jìn)行布局，巷道截面的形狀為長方形，尺寸為4.3 m×3.3 m，長度為668 m。

回采巷道采用傳統(tǒng)的頂板錨桿錨索同排布置的支護(hù)方式，導(dǎo)致錨索平托板承載力低，錨桿錨索預(yù)應(yīng)力小等不具備讓壓擴(kuò)散預(yù)應(yīng)力條件，另一方面，只重點考慮了水平主應(yīng)力方向?qū)攷徒堑挠绊懙瓤刂屏粝锩簬头€(wěn)定的問題，沒有能夠全面根據(jù)現(xiàn)場情況提出最合理的支護(hù)方案。所以提出了一種錨網(wǎng)索式聯(lián)合支護(hù)的優(yōu)化技術(shù)，使用這種巷道技術(shù)的主要作用就是克服了巷道頂部底板圍巖硬度較低、易破碎、有明顯裂隙、支護(hù)困難度高、圍巖容易變形等問題。

2 錨網(wǎng)索支護(hù)機(jī)理分析

在支撐的過程中，將錨索末端的螺栓與螺母擰緊，使承載的能力傳至錨索托盤上，同時，軸向壓力需要增加在錨桿桿體處，在錨索螺栓處增加扭矩[3]。為了提高巷道整體堅固性，經(jīng)過托盤將錨索末端處的拉應(yīng)力部分傳輸至巷道的圍巖中，這樣巷道表面就會出現(xiàn)壓應(yīng)力部分，從而錨桿錨固范圍內(nèi)的圍巖被壓縮，使得錨固性能區(qū)域內(nèi)的圍巖不能同時產(chǎn)生離層。圖1為該支護(hù)技術(shù)示意圖。

圖1 巷道錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)圖（單位：m）

通過圖1 可以看出，在礦山巷道支護(hù)的過程中有以下問題：

1）在錨索和張拉錨桿之間的巷道錨固性能區(qū)圍巖結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生了堅硬的有效的高壓內(nèi)應(yīng)力拱，目的是為了進(jìn)一步增強(qiáng)了支護(hù)體系的穩(wěn)定性及其自身能力，同時該巷支護(hù)圍巖的穩(wěn)定性也增加了不少，從而大大降低了該巷支護(hù)圍巖塑性區(qū)[4]。

2）回采巷道會受礦井工作面開采波動因素影響，致使礦井巷道塑性區(qū)的逐步提高。

3）錨桿錨固無效，致使巷道頂板與錨固體系產(chǎn)生移動。

4）由于巷道的冒落范圍遠(yuǎn)大于錨桿錨固區(qū)的有效應(yīng)力區(qū)范圍，這樣會造成巷道頂板產(chǎn)生冒頂事故。

為了防止出現(xiàn)類似事故發(fā)生，經(jīng)科學(xué)研究，采用了文中提到的支護(hù)技術(shù)。該技術(shù)通過在巷道頂部增設(shè)錨頭，并以此來擴(kuò)大錨固性能區(qū)范圍，通過采取與錨索錨桿聯(lián)合支撐的方式，可以結(jié)合在巷道頂部錨索之間形成的壓力支拱結(jié)合和在巷道頂板上部穩(wěn)定圍巖，從而能夠極大地通過使用上部的固定巖層提升圍巖，并且錨固與支護(hù)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和巷道圍巖自身承載能力也得到了較好的充分發(fā)揮，也因此防止了巷道冒頂現(xiàn)象發(fā)生并大大提高了巷道的錨固性能效果[5]。

3 巷道支護(hù)方案優(yōu)化及運用效果

3.1 優(yōu)化后巷道支護(hù)方案

3.1.1 頂板支護(hù)技術(shù)

使用錨網(wǎng)索添加鋼筋網(wǎng)、鋼筋梯梁、鋼帶支護(hù)技術(shù)。圖2 為頂板支護(hù)平面圖。

圖2 頂板支護(hù)平面圖（單位：mm）

錨桿設(shè)置：頂板設(shè)置7 根強(qiáng)錨桿，尺寸為Ф20 mm×3 000 mm，間排距為800 mm、800 mm；托盤為鋼板壓制弧形，尺寸為150 mm×150 mm×10 mm。每個孔使用樹脂錨固劑，錨桿長為0.9 m，安裝角度為15°[6]。

錨索設(shè)置結(jié)構(gòu)：錨索的尺寸為Ф17.8 mm×6 000 mm，間排距為1 500 mm、1 600 mm；托盤由鋼板壓制成弧形，尺寸為300 mm×300 mm[7]。

3.1.2 兩幫支護(hù)技術(shù)

此項優(yōu)化技術(shù)主要采用的是錨桿、鋼筋梯、雙層網(wǎng)聯(lián)合的支護(hù)技術(shù)。

巷道兩幫使用的是錨桿、鋼筋梯、雙層網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。圖3 為兩幫支護(hù)平面圖。

圖3 兩幫支護(hù)平面圖（單位：mm）

錨桿設(shè)置情況：尺寸為Ф25 mm×2 500 mm 左旋無縱筋螺紋鋼等強(qiáng)錨桿，間排距為800 mm、800 mm，托盤由鋼板壓制成弧形，鋼板的尺寸為150 mm×150 mm×10 mm[8]。

鋼筋網(wǎng)設(shè)置情況：尺寸Ф6.5 mm×900 mm×1 600 mm，頂部放置4 塊網(wǎng)，布置方式由巷道中心線向兩側(cè)各布置2 塊，其余部分布置位置從肩窩部彎曲布設(shè)，以此來保證其寬度為4.8 m，硬質(zhì)塑料網(wǎng)的尺寸為1 m×12 m，搭接的距離為100 mm[9]。

3.2 效果檢驗

根據(jù)上述的分析，研究制定了回采巷道的礦壓檢測方案，并以此來證明了此工作面與回采巷道聯(lián)合技術(shù)的合理性和有效性。通過觀察對測站距此作業(yè)面在不同間距時巷道表面移動數(shù)據(jù)的分析，總結(jié)出了回采巷道表面移動的變化情況，具體監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖4所示[10]。

圖4 兩類巷道變形監(jiān)測情況

由圖4 發(fā)現(xiàn)，隨著此工作面推移，巷道的變形率逐漸增加。巷道的最高偏移動量分別為210 mm、260 mm，頂?shù)装逡平首畲笾捣謩e為145 mm、160 mm。由于頂部基本沒有離層，所以巷道偏移距離比較小，兩幫的最高偏移量也比較小，而且是整體偏移，所以回采巷道在支護(hù)圍巖的總體穩(wěn)定性上獲得了一定的提高，同時巷道在作業(yè)面回采時的穩(wěn)定性獲得了很大地提高。

4 結(jié)論

1）根據(jù)所研究的工作面回采巷道的實際現(xiàn)狀，通過了錨網(wǎng)索法結(jié)合支護(hù)技術(shù)，有效克服了回采巷道圍巖硬度較低、回采結(jié)構(gòu)面不平衡、巖體斷裂等問題，同時也降低了由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)、臨近采礦工作面開采條件擾動等原因而造成的波動。

2）采用頂板支護(hù)技術(shù)以及兩幫支護(hù)技術(shù)，回采中，巷道圍巖整體性得到了提高，這樣的結(jié)果有效保證了工作面回采時安全情況。

3）通過錨索和錨桿的統(tǒng)一支護(hù)技術(shù)，能夠改善圍巖錨固性能支護(hù)系統(tǒng)的總體性能、巷道圍巖自身承載能力，并能夠起到防止巷道頂板冒頂事件和提高巷道錨固能力效益的目的。