複合頂煤巷錨帶網加錨索聯合支護

郭忠平，何希林

摘要：針對煤巷複合頂板的實際情況，探討了合理的巷道支護方式及參數，並對該支護方式的支護效果進行了礦壓觀測與 評價。
關鍵詞：複合頂板；煤巷；聯合支護
中圖分類號：TD353＋.6 文獻標識碼：A
複合頂板支護目前仍是新汶礦業（集團）公司推廣應用煤巷支護的技術難點之一。翟鎮 煤礦以往在複合頂板煤巷掘進過程中使用錨杆支護時曾發生過冒頂，在一定程度上影響了煤巷錨杆支護在全礦的推廣。為了促進錨杆支護在全礦的應用，對3401西運輸巷進行了複合頂板煤巷錨杆支護技術試驗研究，並取得了成功。
1、試驗巷道的技術條件
3401西運輸巷沿4煤頂板掘進，鑽眼爆破法施工，巷道淨高2.4m，淨寬3. 2m,埋深H＝380-410m，走向700m。．位於3202W麵下方，掘進過程中將受到3202W麵采動壓力影響。4煤厚2.8-3.0m，傾角8º，硬度f=1.5-2，與上部2煤層間距14～15m；直接頂為深灰色泥質粉砂岩，厚1.2～2. 2m，岩石抗壓強度22－45MPa，層理發達，裂隙一般，局部夾4煤上1，其上為0.4-0.8m厚的4煤上2，再上為深灰色粉砂岩，厚2. 5-4. 2m；老頂為灰白色中砂岩，厚4. 0m，岩石硬度f＝5-6；底板上部為黑色泥岩，厚0. 25m，其下為0. 5m厚的粉砂岩，再下為1. 0-2. 0m中細砂岩。詳見煤層綜柱狀圖1。

2、錨杆、錨索聯合支護的支護機理
複合頂板支護的難度，在於軟夾層（煤線、泥岩）地質弱麵的存在，導致上、下層麵間的結合力低，普通錨杆無法將其包納入錨固範圍之內，承載能力有限，而且軟弱夾層本身的鬆動膨脹也會對下位岩層形成較大的垂直載荷，易導致頂板垮落。特別是3401W運輸巷位於正在開采的3202W麵的下方，承受地壓和采動壓力的雙重作用，必須采取一定補強 措施，才能確保施工 安全。
應用“錨帶網＋錨索”聯合支護方式可以克服單純錨杆（錨帶網）支護的弊病。“錨帶網”可以發揮擠壓加固作用，促使錨固範圍之內的岩石形成能承受一定載荷的整體結構，維護錨杆長度範圍內的頂板，保持整體性，一定程度上阻止上部圍岩的鬆動與變形。考慮到頂板中等穩定的特性，采用W鋼帶配合金屬菱形網來維護頂板。錨索則錨固在上部穩定的老頂岩層之中，發揮其懸吊作用，將潛在的垮落範圍之內的頂板岩層懸吊於完整堅固的老頂岩體上，由錨索來承擔垮落範圍之內的岩層所受的垂直載荷，防止頂板岩層離層。
3、支護參數 設計
3.1錨帶網支護參數 設計
錨帶網的作用在於維護巷道頂板及兩幫煤壁的完整性。因此，按照加固拱原理和鬆動圈理論，進行各參數計算，最終 設計的錨帶網支護參數為：頂錨杆選用長1. 8m、Ф18全螺紋錨杆，間距0.85m，排距0.7m，采用2個Z2335樹脂藥卷實現加長錨；幫錨杆采用長1.8m, Ф18車絲螺紋鋼錨杆，排距0.7m，上幫間距0. 7m，下幫間距0. 8m，采用1個Z2835型樹脂藥卷：鋼帶為BHWZ50—800×2×3200型。
3.2錨索參數 設計
根據煤層頂、底板的實際情況，為保證錨索提供足夠的懸吊能力，將錨索錨固於砂岩老頂中，錨索在老頂的錨固長度取1.0m，因此將錨索的總長度設定為6m。上覆岩層潛在垮落範圍內直接頂岩層的自重荷載為：
W=S•γ•D排
式中 S—潛在破壞範圍的麵積，

h'－潛在冒高，h'＝1. 5B=4. 8；
B－巷道寬度，取3. 2m；
γ－岩體的容重，取24kN/m³；
D排一錨索的排距，按2排錨杆布置1根錨索設計，取1. 4m。
故 W= 241.9kN
錨索的懸吊能力P為：P=P1＞W
P1為錨索的破斷載荷，P1＝260kN
3401西運輸巷錨杆＋錨索支護總體布置參見圖2。

4、巷道礦壓觀測研究
為了驗證錨杆和錨索聯合支護對複合頂板煤巷維護的可靠性，在掘進的同時對巷道進行了表麵位移、頂板離層等綜合礦壓觀測。為調整、優化支護參數提供了依據。
4.1礦壓觀測結果
（1）表麵位移量觀測。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ測站頂板和兩幫變形與時間關係曲線參見圖3。

（2）錨杆受力觀測。頂部和幫部錨杆受力與時間關係曲線參見圖4。

（3）錨索受力觀測。錨索受力與時間關係曲線如圖5所示。

4.2觀測結果 03manbetx
（1）錨杆支護效果
對表麵位移觀測的結果為Ⅱ測站因受采動影響，所以變形量較大，其中頂板下沉175mm，兩幫移近218mm和102mm，在巷道掘出約15d後，基本趨於穩定，說明此種支護基本合理．從觀測到的錨杆受力情況看，都發揮了積極作用，以人工設置改善提高了圍岩整體性能，促使圍岩形成組合梁、加固拱，以圍岩自身的穩定性去承受地壓。這是一種積極主動的方式，也是其與架棚的根本區別，從效果看，也優於架棚。隨著采麵的推進，對位於架棚段的I號測站進行了觀測，雖然在800mm棚距的基礎上又加了棚，使棚距達到400mm,但頂板下沉量仍達到372mm，兩幫移近459mm，部分架棚段已發生頂板冒落，棚梁壓彎，棚腿變形蹬出，片幫加劇，采用錨杆支護，即使在經受采動壓力和側向支承壓力煤柱壓力聯合作用下，頂、幫仍具有較高的強度抵抗外力，保持自穩，當受采動影響時，頂錨杆承受了100kN左右的力，幫錨杆承受了80kN左右的力。有效阻止了錨杆錨固範圍的頂板離層和煤壁片幫。通過測力錨杆，還分別獲得了錨杆所承受的徑向力和軸向力，錨杆提供的軸向力增加了頂板各岩層間的摩擦力，阻止了層間的離層錨動，錨杆徑向力表明錨杆本身有一定抗剪切能力，提高了頂板抵抗外力維持穩定的能力。
（2）錨索支護效果
錨索在整個支護體係中，也發揮了重要作用。Ⅱ測站的錨索力最大達到160kN，這表明錨索已承擔來自上覆岩層的載荷。錨索附近的雙高度離層指示儀讀數為18mm，已進入警戒範圍。說明由於4煤上分層等地質弱麵的存在，錨杆錨固範圍的岩層已同上部穩定岩層發生離層，這種離層下沉若不能有效控製，必須會發展成冒落，錨索的作用正是在離層岩層與上部老頂間建立聯係，阻止直接頂下沉，維護上覆岩層的整體結構。在本次試驗之前，也曾在此條巷道中進行過錨網支護試驗，隨著時間的延長和采麵的推進，其頂板下沉量最大達300mm以上，為確保 安全，又對其部分地段進行架棚，即使如此，頂板仍不斷下沉。本次試驗，采取錨索支護做為補強 措施，Ⅲ、Ⅳ測站的錨索受力穩定，隻在很小的幅度內波動；頂板離層值亦不大，都控製在 安全範圍內．說明錨索作為一種主動支護，能平衡潛在垮落範圍內岩層所受載荷，阻止其垮落，進一步增加了圍岩的承載能力。
5 評價
試驗是成功的，聯合支護的突出優點表現在降低了勞動強度，提高了效率；巷道維護效果好，後續工程量減少；節省大量材料，節支降耗效果顯著， 安全可靠性大。