錨桿聯合支護技術研究

引言
　　隨著淺部資源的日益減少，我國有越來越多的煤礦進入深部開采。井下開采深度的增加，使得高應力巷道不斷涌現，在淺部應力狀態下表現為硬巖特征的巖石，在深部高應力狀態下往往表現為大變形、難支護的軟巖特征[1]。礦井深部開采存在“三高與時間效應”，即深部巖體處于地應力高、溫度高、滲透壓高以及較強的時間效應。深部開采造成巷道變形明顯、支護困難，沖擊地壓、煤與瓦斯突出，以及圍巖透水等災害較嚴重，這些問題給煤礦生產中的巷道圍巖控制增加了難度。
　　錨桿支護的適用條件普通單體錨桿只適用于加固穩定的巖石巷道或圍巖巖體較完整的巷道，但在圍巖較軟或破碎帶規模較大的巖巷、煤巷及動壓巷道中往往取不到應有的效果，導致質量事故。隨著煤炭開采深度的不斷增加，巷道斷面不斷擴大，巷道壓力的不斷加大，冒頂事故時有發生，凸現了錨桿支護中存在的一些問題。筆者針對錨桿支護中的一些問題提出錨桿與錨索聯合支護在煤礦巷道中的應用提出一點看法，以供同行探討。
　　1.錨桿支護系統的缺點分析
　　（1）錨桿支護設計方法不科學雖然已制定煤巷錨桿支護規范，但設計時絕大多數采用工程類比法，支護形式和參數確定不盡合理，有可能支護強度太高，支護成本大，浪費了材料；在松軟、軟弱等特殊地質條件下支護強度也可能不足，出現片幫、冒頂等安全事故。
　　（2）錨桿的支護材料質量不能完全達到要求如鋼材質量、加工的螺紋質量、樹脂藥卷質量等均直接影響支護質量。
　　（3）錨桿支護監測儀器與技術不能滿足現場施工需要常用儀器的精確度、實用性不盡完善，不能完全反應錨桿支護效果。
　　（4）現有技術條件下，施工因素是直接影響錨桿支護可靠性的關鍵環節施工人員對錨桿支護理論的系統認識不夠，對錨桿的安裝操作質量管理不到位，施工達不到設計要求。如有時只重視對頂板的支護而忽視了對巷幫和底板的控制，或有些工人技術不過關、責任心不夠，造成錨桿和錨索支護強度降低。施工中常見的巷道凹凸不平，錨桿、錨索托板不緊貼巖面，造成錨桿、錨索沒有預應力而失效。
　　2.錨桿與錨索聯合支護的研究
　　（1）錨桿與錨索聯合支護的概念錨桿與錨索聯合支護是煤巷巷道掘進過程中的一種主要支護形式，可以與鋼帶、金屬網、工字鋼梁聯合使用。合理選擇錨桿參數及支護形式，是安全、科學、經濟的，能起到提高支護質量和礦山效益、降低成本的作用。錨桿與錨索聯合支護是通過圍巖內部發揮其支護作用的，其實就是變巷道被動支護為主動支護，提高巷道圍巖的自身承載力。隨著巷道圍巖狀況的不同，錨桿與錨索支護也具有不同的作用機理。
　　（2）分析錨桿與錨索聯合支護。單根錨桿錨索加固巖體形成錨桿錨索周圍應力包，只要錨桿錨索間距、排距適當時，同時在群錨的作用下.應力泡相互疊加，形成巖體內承載圈加固帶。對于開掘巷道錨桿錨索支護，視巖石硬度、完整性、巖體節理情況、地應力、服務年限及是否受動壓影響等因素，而確定錨桿錨索支護形式，由于偽頂性脆、易碎。直接頂堅實，最常用的是錨桿與錨索、網的聯合支護形式。錨桿與錨索、鋼帶抗彎強度小易貼頂承受載荷小，頂板平整時常用錨桿加固偽頂，錨桿與錨索加固直接頂；錨桿與鋼梁則能承受較大載荷。錨桿桁架是利用拉桿所產生擠壓力減少或消除下位巖層的拉應力。形成一種以頂板巖層受壓，拉桿受拉，類似桁架的承載結構，但兩幫圍巖體強度要高，若頂板完整性好，分層厚度又大，應該使用錨桿與錨索聯合支護，利用錨索鋼絞線較長的特點，在圍巖上部形成一個能防止其上部圍巖松動和變形的加固拱，從而保持巷道支護的穩定性。
　　3.聯合支護應用案例
　　某礦綜采工作面位于本公司井下位于26125采區巷左翼的中南部，南部為已采的26123工作面，東部、北部為實煤，為礦界煤柱，西部為本采區三條大巷。工作面傾斜長150m，煤層傾角為3.50～70， 煤層厚度3.3～3.66m，平均為3.53m。煤層直接頂為泥質粉砂巖及灰白色細砂巖，底板為泥巖、砂質泥巖。
　　3.1支架控頂區到煤壁間的支護設計結合該礦實際最終確定選擇錨桿與錨索聯合支護
　　（1）頂錨桿錨桿長度可由下式計算進行確定，即L=K（1.1+B/10），式中K為圍巖穩定影響因素，因頂板已受采動超前壓力影響，取1.4m；B為支架出架通道寬度，取1.8m。由式知錨桿長度不小于1.79m，故選用公司常用Φ22mm×2200mm螺紋鋼錨桿，根據煤礦頂板支護經驗，錨桿間排距為800mm×800mm，每根錨桿用三節樹脂藥卷。
　　（2）錨索。
　　根據懸吊理論來設計錨索支護參數，結合煤礦巷道支護的經驗，錨索采用Φ17.8mm×6300mm鋼絞線，錨索間排距為1600mm×1600mm。
　　（3）幫錨桿。
　　采用砼托板配合Φ18mm×1700mm的端頭錨桿為幫錨桿支護煤壁，幫錨桿間排距為750mm×1100mm。
　　3.2錨桿與錨索的聯合支護實踐
　　運輸巷和回風巷均為錨桿配鋼帶支護巷道，在工作面距上半段停采線6m到停采線時，不采用鋪金屬頂網和拉設鋼絲繩來控制支架頂板，而直接采用錨桿和錨索配鋼帶支護來控制支架控頂距離和出架通道。即采煤機割第一刀煤時先在煤壁用單體支柱每隔1m打上貼幫柱作為臨時支護，用兩臺錨桿鉆機（為加快時間）按錨索支護的間排距進行打眼， 采用方鋼板（長250mm，寬250mm，厚8mm）沿工作面傾斜布置配合錨索進行支護頂板。割第二刀煤后，按錨桿支護間距采用錨桿配鋼帶（長3m，寬0.3m，眼間距0.8m沿工作面傾斜布置）進行支護頂板，錨桿（索）配鋼帶支護是為防止上一臺支架撤除后矸石垮落影響下一臺支架回撤。采用錨索和錨桿交替支護距停采線1.8m時停止拉架，用單體推移輸送機割煤到停采線并支護到停采線。出架通道頂板最后2排支護每排均采用錨桿和錨索交替按間排距800mm×800mm進行支護，即打一棵錨桿距離800mm打一棵錨索。錨索和錨桿支護示意圖