煤層巷道錨桿錨索聯合支護技術研究

引言
　　巷道支護技術是煤炭開采中的一項關鍵技術，安全、合理、有效的巷道支護是保證礦井高產、高效的必要條件。近年來，回采巷道錨桿支護技術發展極為迅速，與棚式支架支護相比，錨桿支護顯著提高了支護效果，降低了支護成本，十分有利于采煤工作面的快速推進，實現礦井的高產高效。雖然錨桿支護應用十分廣泛，但仍然局限于圍巖較穩定的巷道，并且比較重視圍巖分類的研究，作為巷道支護選擇的依據。本文探討了錨桿錨索聯合支護在煤層巷道中的應用，闡述了錨桿錨索聯合支護機理，對錨桿錨索支護間的協調性進行了分析，并結合工程實踐，對工作面回采巷道進行了錨桿錨索聯合支護設計的研究。
　　
　　1錨桿錨索聯合支護機理
　　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。
　　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錨桿與錨索協調支護分析
　　錨桿與錨索聯合支護解決了大量的煤巷支護技術難題，并成為解決復雜條件的基本形式。但從國內的使用效果來看，尚存在一些問題：
　　1）煤礦常用的錨索是由低松弛鋼絞線制成，其延伸率只有3.5%，而錨桿的延伸率在20%左右。相比而言，錨索的剛性較大，抗變形性能差，和錨桿承載不同步，易超前錨桿集中受力，錨索過高的預拉力必將進一步加劇錨桿與錨索的不同步現象，導致各個擊破；
　　2）錨索與圍巖點接觸，軟弱巖體受點載荷時，頂板強化效果不明顯。
　　由上述分析可以看出，若要實現錨桿與錨索協調支護，正確設計錨索預緊力至關重要。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回采巷道錨桿錨索支護設計
　　某礦二采區煤層為一單斜構造，地層傾向北東，地層傾角變化較大在6~26°之間，平均16°。煤層結構簡單，總厚度4.8~6.27米，平均厚度5.69米，上風巷取芯煤層直接頂砂質泥巖，厚2.2米，較松軟，易破碎；老頂為中砂巖，厚10.9米，層理發育，硬度較大；直接底為泥巖，厚1.6米，松軟易脫層掉落。
　　順槽巷道斷面尺寸：4.2m×3.3m。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22mm×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20mmx2400mm，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。
　　
　　錨桿支護
　　
　　(b)錨索加強支護
　　圖1 工作面回采巷道支護技術方案
　　結論
　　在實際中，錨桿錨索聯合支護能否滿足錨桿和錨索的聯合支護作用主要取決于是否采用了合理的支護參數，這要求將錨索的力學特性和錨桿支護體的特性有機的結合在一起進行設計。隨著煤礦開采深度的增加以及巷道斷面的增大，原有棚式支護以及普通錨桿支護方式已經滯后于煤礦生產高產高效的需要，錨索錨桿聯合支護技術的優勢將得到進一步的體現，具有良好的應用前景。