孤島開采回撤通道復合頂板礦壓觀測及密集錨索的應用

摘要：綜采工作面前方煤壁為應力增高區，給回撤通道支護帶來很大的不便。準確地撐握出最后一次周期來壓位置，適當調整停采線，壁開周期壓影響，為我礦孤島開采回撤通道復合頂板壓力大的情況下，能夠安全順利回撤支架，取得了良好的社會效益和經濟效益，為其他類似條件下巷道提供參考。

關鍵詞：孤島開采 回撤通道 應力增高 復合頂板 密集錨索

1 概要

1.1 13-1煤頂底板巖性描述，如下圖1所示：

1.2 撤架通道位置、范圍及與鄰區的關系

121302工作面為安徽國投新集劉莊煤礦東二采區-762水平以上最后一個后退式綜采工作面，開采標高為-565.3m～-687.6m，平均走向長1564m，平均傾斜長260.2m，平均煤厚3.60m，一次性采全高，煤層平均傾角16°。

1.3 回撤通道現場頂板狀況

通過均勻分布對回撤通道開茬刷擴，發現頂板破碎，及時打9米深錨索眼孔探測，頂板向上3～8米范圍多數離層。

2 巷道圍巖控制原理

降低巷道圍巖應力，提高圍巖穩定性以及合理選擇支護是巷道圍巖控制的基本途徑。

2.1 適當調整停采線位置，降低巷道圍巖應力

對121302工作面周期來壓跟綜觀測，該面在接近回撤綜采支架鋪網位置時發生第88次周期來壓，根據該面軌道順槽、膠帶順槽、中巷掘進時揭露地質狀況，我礦根據該面向外13-1煤幾條準備巷道的保護煤柱及煤炭資源回收率綜合考慮利弊，采取停采線向外移動幾米，以避開最后一次周期來壓影響。

2.2 密集錨索提高圍巖穩定性及其支護理論、方案

2.2.1 根據回撤通道復合頂板的巖層松動、離層范圍較高特殊現狀和錨索具有錨固深度大、錨固力大、可施加較大的預緊力等優點作用機理，采用密集錨索支護。

2.2.2 錨索支護應用軟巖懸吊理論，計算出頂板載荷體范圍及載荷體大小，以確定合理的錨索支護參數，巷道頂板懸吊載荷及錨索懸吊松散巖層的厚度，可根據關鍵層理論來計算確定。

錨索懸吊松散層厚度：

h=∑hi(1)

式中:hi——關鍵層老頂巖層下各軟弱分層厚度，m，

沿巷道單位長度頂板潛在極限懸吊載荷的計算:

Q=γhB (2)

式中:Q——單位長度頂板潛在極限懸吊載荷，KN/m；

γ——巖層的平均容重，KN/m3；

B——巷道寬度，m

以上方法所計算出的Q由錨索承擔.

2.2.3 錨索支護方案及參數

錨索長度的計算：

L=h+△ （3）

式中：L——錨索長度，m；

△——錨固段長度與外露長度之和，m；

H=∑hi=h1+h2+h3=1.4+（0.23+0.19+0.22）+5.45=7.49

式中: h1=砂質泥巖厚度，m；

h2=13-2煤和夾矸的總厚度，m；

h3=泥巖厚度，m。

錨固段長度4的確定原則是保證錨固段的黏錨力與錨索的極限抗拉載荷相匹配。錨索設計錨固力為150KN，以提供150KN以上錨固力考慮，錨固長度最小為1.5m，錨索外露長度為0.2m，則

△≥1.5m+0.2m=1.7m，

L=7.49m+1.7m=9.19m。

沿巷道單位長度頂板潛在極限懸吊載荷的計算，取松散的平均容重為25KN/m3，則

Q=γhB=25KN/m3*7.5m*3.8m=712.5KN/m，

經計算，得到的頂板錨索支護參數見表1：

由表1計算得:

所得安全系數大于工程一般要求安全系數值2，故沿巷道單位長度平均錨索數的計算滿足要求。

錨索的布置參數包括錨索位置及密度，根據計算，錨索間排距確定為0.8m，每排錨索數量5根，其布置如圖2、3所示。

3 技術經濟效益

121302回撤通道全長260.2米，按以前慣例每隔500mm支護一架工字鋼棚，共架棚數：260.2米/0.5米=520.4架，工字鋼棚投入：935.8元/架；坑木、拉條投入：38.5元/架；每架架棚共用支護費用：（935.8+38.5）元*520.4架=507025.7元（不含金屬網）。

4 支護效果

通過礦壓觀測，該密集錨索支護回撤通道幫、頂位移速度分別只達2.6mm/d、2.9mm/d，僅約占13-1煤其他回撤通道采用架棚支護位移速度的二分之一，密集錨索支護好后頂板最大離層量只達15mm，無一根錨索斷裂現象，滿足了使用要求。

5 結束語

采有高強度預緊力錨索支護，錨索施加一定的預應力，能夠將圍巖自身壓力及支護應力傳遞到頂板深部穩定巖層內，相比錨桿支護而言比錨桿增大預應力、增加錨固長度，從而對提高巖層間的摩擦力、阻止巖層沿面滑動范圍相比錨桿都增大。

實踐證明，我礦對回采工作面前方煤壁受動壓影響較大的特殊的回撤通道，采取加強礦壓觀測，把通道布置在回采工作面最后一次周期來壓位置影響區之外應力較低區，然后大膽探索、嘗試，改變以往由架棚支護改為密集錨索支護，取得了良好經濟和社會效益，為類似巷道走出了一條新的礦壓控制和支護方式的路子。

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