回采巷道錨桿錨索聯合支護技術研究

引言
　　2012年我國原煤生產量為35億t多，煤炭在我國一次能源的比例仍然占到70%左右，但是煤炭開采行業一直是國家安全事故的重災區，煤礦的安全事故有瓦斯、頂板、水害、熱害等等，其中發生最為廣泛的安全事故是頂板事故。工作面回采巷道的掘進過程中，圍巖作用在棚式支架等被動支護體上的載荷巨大。現代支護理論要求圍巖不再是上覆圍巖的承載體，而是要求支護體與上覆圍巖成為一個共同承載體，共同抵御各類沖擊地壓。與傳統的被動支護相比，錨桿錨索是一種支護成本較低、施工方便、加固效果明顯的主動支護措施。但由于錨桿和錨索的延伸率和承載力不同，如何科學的組合設計錨桿、錨索和金屬網，以實現他們最佳的支護效果，是當前煤炭企業亟需正確認識和實踐的重要內容。
　　1、錨桿錨索聯合支護作用機理
　　錨桿錨索聯合支護的前提是錨索的延伸量大于圍巖達到穩定時的變形量。當圍巖的穩定性較好時，可以通過選擇合理的錨桿參數和支護方式，單獨使用錨桿支護就能保持圍巖的穩定，但當巷道頂板較差或涌水量大時，單獨采用錨桿支護加固作用非常小，支護體的承載能力較低，可能在頂板開始下降時就發生冒頂，這種情況采用錨桿錨索聯合支護，能夠保證巷道的穩定性。
　　錨桿錨索聯合支護能夠在巷道頂部形成組合梁，并有效控制頂板的離層，因而巷道的跨度得到加大，頂板變形也能得到有效控制，安全狀況得到改善。采用錨索錨桿聯合支護可以增加巷道挖掘空間，加大錨桿的間排距，減少錨桿的用量，提高掘進速度，降低掘進成本，具有巨大的發展空間和良好的發展前景。
　　2、力學特性及其協調支護分析
　　巷道掘進后，圍巖松動范圍決定錨桿和錨索的長度，錨索一般是由鋼絞線組成，其延伸率低于5%，剛性較大；錨桿的延伸率一般為錨索的5倍左右，剛度較小，變形較大。從以上數據可以看出，當巷道頂板發生沉降時，錨桿和錨索的受力是動態變化的，首先是錨索承受較大的內力，超前于錨桿受力，易造成錨索受力集中，當頂板進一步下沉時，錨索的受力集中現象將會更加明顯，當達到錨索的受力極限時，錨索容易發生斷裂。如何實現錨桿錨索的同步，實現錨桿錨索的聯合支護，是錨桿錨索支護設計的重要內容之一。若錨索預緊力過大，則圍巖的變形全部由錨索支撐；若錨索預緊力過小，則錨索的懸吊作用不明顯，一旦錨桿不能有效的支撐圍巖，則圍巖的過大變形不可避免。
　　3、煤巷錨桿錨索支護實踐
　　某礦110234工作面以南為尚未開采的實體煤層，以西為1104采區巷道，以東20m為井田邊界，位于-760m水平，回風順槽掘進巷道位于南翼二采區，工作面走向長度為689m，傾向為198m，順槽巷道設計規格為4200×3300mm，凈斷面15.75m2，煤層傾角為6～11°。頂板為6根錨桿，間距800mm，錨桿排距參照間距確定為800mm。支護技術方案如圖1所示，其具體支護參數為：
　　1）頂板支護
　　使用左旋螺紋鋼高強錨桿，規格為Φ22mm×2400mm。加長樹脂錨固，鉆孔直徑為28mm，藥卷規格為1卷K2350，1卷Z2350，錨固長度1.76m，頂板配以W鋼帶梁和金屬網作為輔助支護，W鋼帶規格為（寬×厚×高）（150～200）mm×4.0mm×23mm，長度為4200mm，上有6個錨孔，錨孔間距等于錨桿間距，金屬網采用8#鉛絲編制的經緯金屬網，規格為4400mm×1100mm。
　　頂板錨索：7股高強度低松弛鋼絞線制，直徑17.8mm，長7.2m，有效長度7.0m，排距1.6m。錨索之間用16～20號槽鋼連接，槽鋼長度只要大于錨索間距兩側各300mm即可，即為2800mm，錨索采用4卷Z2350樹脂錨固劑錨固，頂錨索施工時均需墊加長寬合適的木托盤，以增加錨索的延伸率，木托盤尺寸400mm×400mm，采用直徑14mm的圓鋼焊制的鋼筋梯子梁，再配以大鐵托盤。
　　2）巷幫支護
　　巷道上幫5根錨桿，下幫4根錨桿，間距為850mm，錨桿排距參照間距確定800mm。
　　兩幫：左旋螺紋鋼高強錨桿，規格為Φ20mmx2400mm，鉆孔直徑為28mm，加長錨固，每孔2個Z2350樹脂藥卷，選用金屬網和W鋼帶梁護幫，其材料和規格均與頂板相同，上幫W鋼帶長3700mm，金屬網尺寸為3700mm×1100mm；下幫W鋼帶長2900mm，金屬網尺寸為2099mm×1100mm。
　　幫錨索：采用7股高強度低松弛鋼絞線制，直徑17.8mm，長6.0m，有效長度5.5m。排距3.2m，錨索之間用16～20號槽鋼連接，槽鋼長度只要大于錨索間距兩側各300mm即可，即上幫為2300mm，下幫為1700mm，錨索采用4卷Z2350樹脂錨固劑錨固，錨固長度理論計算2.26m，在錨索錨固端2.2m處施加擋圈。
　　結束語
　　首先分析了錨桿錨索聯合支護作用機理，認為錨桿錨索聯合支護在圍巖體上形成一種新的組合梁，從而形成一種主動支護效果。并對錨桿和錨索協調作用方式作了詳細的闡述，相關研究表明，聯合支護的效果發揮主要取決于支護參數的合理設置，只有在正確認識錨桿錨索的力學特性的基礎上，才能科學的設計出相關參數。本文最后結合煤巷回采巷道的支護，進行了相關參數的設計，實踐表明：錨桿錨索聯合支護技術能夠有效的維護巷道周邊圍巖的穩定性，是一種支護成本較低、施工方便、加固效果明顯的主動支護形式，具有良好的應用前景。