綜放回采巷道桁架錨帶網支護研究

山東礦業學院馬其華 王同旭 郭忠平 樊克恭
兗州興隆莊礦 金 泰 王用傑 高洪亮

摘要 03manbetx 了綜放回采巷道梯形棚子支護存在的問題，提出並數值模擬 03manbetx 了桁架描帶網支護形式和支護參數，並據此 設計出一套桁架錨帶網支護方案。
關鍵詞綜放回采巷道 桁架 錨帶網
1、問題的提出
兗州礦務局厚煤層綜放采煤法自1992年在興隆莊礦試驗成功以來，由於高產高效、 安全低耗和能適應煤厚變化等優點，顯示出強大的生命力，迅速發展成該局主要的采煤方法。在發展過程中也出現了不少新問題，回采巷道支護問題就是其中之一。該局現普遍采用梯形礦工鋼棚支護，與綜放采煤法不相適應主要表現在如下幾個方麵：（1）回采巷道超前替棚支護工作量大，占用時間長，直接影響了綜放麵的快速推進和高產高效能力的進一步發揮；（2）不能主動加固圍岩和充分利用圍岩自承能力，因而掘進冒頂嚴重，並導致頂煤自燃發火；（3）斷麵收縮率大，不適應綜放采煤法對通風、運輸及設備搬運安裝等方麵的要求；（4）消耗鋼材多，支護成本高；（5）棚子及圍岩變形嚴重，維護工作量大，占用人員多；（6）端頭維護工勞動強度大，超前替棚作業人身 安全隱患大。針對上述問題，我們提出一種新型支護方式——桁架錨帶網支護。
2、桁架錨帶網支護作用原理
桁架錨帶網支護的關鍵構件是桁架錨杆。桁架錨杆一般由兩根頂板斜錨杆和一根水平拉杆及托盤組成，如圖1所示。在斜錨杆和水平拉杆作用下，桁架錨杆支護係統對頂板中部產生壓縮和托頂作用，增大了頂板裂隙體中的壓應力和摩擦力，減小甚至抵消了頂板中部的可能產生的拉應力。兩根斜錨杆通過拉杆協調受力，且具有一定的柔性，允許頂板適量下沉，在下沉過程中頂板裂隙體摩擦力增大，產生自鎖作用，從而能夠有效地維護高應力區的破碎頂板。
鋼帶及金屬網的作用在於增加單體錨杆間的聯係，防止錨杆間圍岩鬆脫冒頂。

3、綜放回采巷道桁架錨帶網支護研究
以興隆莊礦五采區綜放回采巷道為研究對象，運用數值模擬方法(FLAC軟件)模擬研究了如下內容。
3.1圍岩穩定性與斷麵高寬比
數值模擬限於斷麵積12m²的矩形和梯形斷麵。對高寬比分別為0.47、0.67、0.75、0.84、0.91、1.33和2.08等7種矩形斷麵的模擬 03manbetx 表明：合理的斷麵高寬比為0.75。進一步模擬上寬3.4m、下寬4.2m、高2.8m、平均高寬比為0.75的梯形斷麵表明：梯形斷麵優於矩形斷麵。
3.2係統錨杆支護參數與圍岩穩定性
有關文獻研究表明，對彈模為5. 4GPa的軟岩試塊，係統錨杆合理的參數範圍為：L/e且e<0.9-1.2m (L為錨杆長度，e為錨杆間距)。煤體的彈模一般小於5.4GPa，布置係統錨杆加固煤體可參考該範圍取值。為了具體確定L、e及L/e值，模擬了表1所列的16種係統錨杆支護方案。結果表明：方案6即L=2. lm，e＝0. 7m, L/e=3. 0圍岩穩定性最好。

3.3頂板下沉量(u)與桁架錨杆傾角（α）及拉杆預緊力（T）的關係
為研究頂板下沉量隨桁架錨杆傾角及拉杆預緊力的變化，模擬了桁架錨杆傾角分別為40º、45º、50º、55º、60º、65º和70º時7種情況及拉杆預緊力從0KN、10KN、20KN、30KN……到90KN等8個方案，結果表明：合理的桁架錨杆傾角α＝15º－60º，適宜的桁架拉杆預緊力T＝40-50KN。
3.4圍岩收斂變形量與錨杆預應力F的關係
為研究綜放回采巷道頂底移近量及兩幫移近量隨錨杆預應力F的變化，又模擬了錨杆預應力分別為0kN、10kN、30kN、50kN、70kN、90kN和110kN時7種情況，結果如圖2所示。當錨杆預應力F<60-70kN時，增加預應力對圍岩控製效果作用顯著；反之，對圍岩控製效果不明顯，故適宜的錨杆預應力為60～70kN。

3.5桁架描帶網支護係統參數
根據數值模擬結果， 設計出綜放回采巷道桁架錨帶網支護方案，如圖3所示。

桁架錨帶網支護係統參數如下：
（1）頂板桁架錨杆支護參數：①桁架錨杆：選用Ф20、長2.35變形螺紋鋼，傾角55º；②錨固方式：樹脂藥卷加長錨固（采用K2335和Z2370各一支），③拉杆：采用Ф14圓鋼每架兩根，長2.5m；④桁架托盤：采用ZG270－500材料鑄造。
（2）頂板鋼帶錨杆支護參數：①鋼帶錨杆：選用Ф2.0，長2.0m變形螺紋鋼，傾角分別為70º、80º、90º，錨杆間距700mm，排距1.4m，錨固方式同桁架錨杆；②鋼帶：采用BHW－280－3－3400W型鋼帶（橫向）和BHW－280－3－850W型鋼帶（縱向）兩種；③托盤：采用BHT－B型鑄造托盤；④金屬網：采用10＃60×80mm、網片為3600×800mm的菱形鐵絲網。
（3）兩幫支護參數：①幫錨杆選用Ф20、長2.0m的變形螺紋鋼，間排距為700×700mm；②錨固方式：快硬水泥藥卷全長錨固；③托盤：采用在木托盤上加金屬托盤配套使用，木托盤尺寸為500×200×50mm。