錨桿錨索聯合支護在黃陵一號煤礦煤巷中的應用

文/楊宗義王建東

黃陵礦業集團公司一號煤礦是近幾年發展起來的大型現代化礦井，礦井設計生產能力為420萬t/a，現核定礦井生產能力為600萬t/a，礦井采用平硐、斜井混合開拓方式，主井、副井為平硐，進風井、回風井為斜井。

2#煤層為六盤區主采煤層，煤層厚度為2.17～3.39m，平均厚度2.65m，屬中厚煤層。605回采工作面順槽設計長度3000m，切眼設計長度為260m。

一、錨桿錨索支護理論分析

1.錨桿與錨索支護的特點

錨桿支護利用錨桿、錨固劑及其護表構件給圍巖一定的支護強度，與圍巖組成支護體系，承受各種圍巖應力和采動應力。錨桿有懸吊作用、減跨作用、組合拱作用、加固作用，改善圍巖周邊應力狀態等。

錨索具有錨固深度大、錨固力大、可施加較大預緊力等優點，端部錨索主要起懸吊作用，通過施加較大的預緊力，擠緊和壓實巖層中的層理、節理、裂隙等不連續面，增加不連續面之間摩擦力，從而提高圍巖的整體強度。

2.錨桿錨索聯合支護

在軟弱破碎圍巖條件下，巷道圍巖的變形量很大，巷道開挖后立即采用錨索支護可能會因錨索延伸量超過極限而破斷。因此在巷道開挖初期只安裝錨桿，通過錨桿的加固作用，錨巖支護具有一定的承載能力，允許圍巖發生較大的變形，釋放圍巖變形能，圍巖在一定變形范圍內可以保持自身穩定。

隨著圍巖變形量的增大，通過錨桿和錨索聯合支護可以提高支護阻力，減少巷道圍巖變形。錨桿和錨索發揮各自的優勢，在巷道開挖支護初期，以錨桿的柔性支護為主，后期以錨索的懸吊作用為主，從而大大改善錨桿支護的整體支護性能，達到控制圍巖大變形的目的。

二、地質條件

老頂為灰白色細粒石英砂巖，致密堅硬，厚度20m以內，一般10m左右。直接頂板以深灰色砂質泥巖及泥巖為主，局部為砂質泥巖及粉砂巖和砂泥巖互層。中厚層狀至薄層狀，水平層理和裂隙發育，易風化破碎，厚度2～12.79m，一般6.5m。偽頂以薄層狀灰黑色泥巖、砂質泥巖為主，局部為炭質泥巖，厚度小于0.5m。較松軟，易風化破碎，極不穩定，常隨采隨落。直接底板以灰色—灰黑色團塊狀泥巖、砂質及炭質泥巖為主，厚度一般為2～6m。巖性松軟，遇水膨脹，有底鼓現象，底鼓高度0.20～0.80m不等。

三、順槽支護參數計算

1.錨桿、錨索基本參數的確定

（1）巷道斷面形狀選擇。巷道斷面為矩形斷面，巷道寬B=4.4m，半跨a=2.2m，巷道高度h=2.7m。等效圓半徑

（2）支護參數選擇。主要依據非彈性區理論和組合拱理論進行設計計算，因一號煤礦未進行過圍巖物理力學參數測定。設計原始參數：煤層普氏系數f=1.8,煤層容重γ=18kN/m3；煤層粘聚力c=1.5MPa；內摩擦角φ=2.5°；煤層周圍巖體容重 γ’=23kN/m3，粘聚力c=3.0MPa；內摩擦角φ=45°。

（3）頂板支護分析。按非彈性區理論計算頂板穩定層位置，則不支護時煤巷內部最大非彈性區半徑R0為2.576m，則兩幫非彈性區深度：a1=2.576-2.2=0.376m，頂部非彈性區深度：a2=2.576-1.25=1.326m，冒落拱高度為1.326m。代入相關數據，冒落拱內錨桿承受煤體的重量得：G1=2.5×1.35×23×4.4×0.8=273.24KN。

2.頂錨桿參數計算

由于每根頂錨桿的設計荷載值為50kN，則每排錨桿的根數為5.465，因此選取錨桿根數為6根，并由錨桿承載力可知選擇Φ18的圓鋼錨桿。

錨固長度，式中：d為鉆孔半徑；τ為巖體與錨固劑的抗剪強度，取取值2.5。則錨固長度為，計算中取320mm。根據頂部擠壓加固理論，錨桿長度L頂=1.696m。故選取φ18×1800型圓鋼錨桿，間排距為800×800mm，錨固長度 450mm。

3.幫錨桿參數

靠工作面幫錨桿選玻璃鋼錨桿，副幫錨桿選φ18×1800mm鋼筋錨桿，間距為1000mm，排距1500mm，一排三根，并掛塑鋼網，網孔50mm。

4.錨索參數計算

錨索的計算主要是根據頂部懸吊作用，頂錨桿長度1.8m，錨索每排3根，排距為2400mm，則錨索所承受的上部巖體重量為：G2=473.184KN。

鋼鉸線直徑φ15.24mm，其破斷力為350kN，考慮富余系數取2，則每排選用3根，其錨固長度得0.885m，計算取錨固長度為900mm，錨索長度：L=6.05m，故錨索長度取6.3m，排距2.4m，錨固長度為2100mm，每隔三排錨桿打三根錨索。

四、605工作面順槽支護設計

進風、回風順槽支護設計基本一致。頂板采用錨桿+錨索梁聯合支護，錨桿規格:φ18×1800mm，桿尾螺紋M17，長度100mm，桿體材質為普通A3鋼，錨桿呈 “五—六”菱形布置，間排距均為800mm，樹脂端錨，每根錨桿2節樹脂；托板采用球形高強度預應力托板σ10鋼板加工，規格：125×125×10mm，材質為 σ10 鋼板；錨桿消耗量為6.875套/m。

錨索托梁采用16#槽鋼加工，長度為4000mm，單根鋼鉸線φ15.24mm，長度6300mm，錨深6000mm，采用6支L=350mm樹脂錨固，錨索排距2400mm，錨索間距1800mm，尾部配有高強度錨具，一梁三根錨索。

巷幫支護，進風順槽靠工作面幫錨桿選玻璃鋼錨桿，副幫錨桿選φ18×1800mm鋼筋錨桿，間距為1000mm，排距 1500mm，一排三根，并掛塑鋼網，網孔50mm。幫錨除使用配套的錨桿托板外另增加500×200×50mm的木托板。

五、結論

錨桿、錨索支護是一種隱蔽性很強的工程，應進行礦壓監測，監測的主要內容是頂板離層監測、錨桿受力監測、錨桿錨索應力監測，但目前還沒有進行錨索應力監測工作。今后設計應根據監測情況及時調整六盤區回采工作面順槽支護強度，確定合理的支護形式。以錨桿錨索聯合支護技術在605工作面順槽的成功應用，為今后在軟弱頂板順槽支護設計采用錨桿、錨索聯合支護提供了依據。