再生膠結頂板巷道錨桿支護探討

龍軍

（四川省煤田地質工程勘察設計研究院，四川 成都 610072）

1 引言。

目前，國內煤巷錨桿支護在中硬以上、圍巖穩定程度較高的I、II、III類回采巷道中已基本成熟[1,4,5]，但我國厚煤層儲量非常豐富，下分層工作面較多，下分層工作面的上下兩巷支護技術已嚴重制約該類工作面的生產效益，開展該類巷道支護技術研究，對提高礦井技術經濟效益具有重要意義。

在再生膠結頂板條件下，煤巷圍巖松軟、破碎，受采動影響后巷道變形量大。若采用架棚支護，不能主動支護頂板，再生膠結頂板破碎，由承載體完全轉變成為載荷體，而錨桿能對巷道通過加固圍巖而改善圍巖的受力狀態[6,7]，將巷道圍巖由載荷體部分變為承載體，而且預應力錨桿還對圍巖起著主動支護作用，克服了巷道的早期離層現象，這種支護比普通錨桿支護有更強的支護能力和適應范圍。根據煤層及再生頂板膠結情況，下分層巷道能夠采用預應力錨桿錨索聯合支護，對改善下分層巷道支護手段及質量有著十分重要的意義。

2 樹脂錨桿對再生膠結頂板的適應條件

厚煤層開采時，在一定的頂板條件下人為注水，采空區垮落的矸石經過壓實固結形成再生膠結頂板。再生頂板巖層巖性、結構，地質條件及生產技術條件不同，再生膠結頂板強度、厚度及上覆巖層性質差別很大[2]。根據對樹脂錨桿錨固力及樹脂錨桿與再生膠結頂板相互作用關系的分析研究，認為適于加長錨固樹脂錨桿支護的巷道再生膠結頂板的條件如下：

(1)再生膠結頂板厚度超過錨桿錨固長度；(2)再生膠結頂板厚度小于錨桿錨固長度，其上部未膠結成再生頂板，但錨桿錨固在再生膠結頂板上部規則垮落帶內；(3)再生膠結頂板厚度小于錨桿錨固長度，其上部未膠結成再生頂板，但錨桿錨固在再生膠結頂板上部被壓實的不規則垮落帶內。

當錨桿錨固在再生膠結頂板上部未壓實的不規則垮落帶，即錨固在由不規則垮落帶向規則垮落帶過渡區域時，由于巖層層位之間存在空隙，大量樹脂被擠進不規則垮落帶和規則垮落帶巖層的離層間隙內，降低了桿體與孔壁之間樹脂的密實程度，不利于錨固劑的密實充填，錨桿錨固力不穩定且較小。

根據對樹脂錨桿錨固力及樹脂錨桿與再生膠結頂板相互作用關系的分析，通過計算上分層采過后直接頂板和基本頂巖層的位置，可以確定是否使用樹脂錨桿：如果錨桿前錨固端接近直接頂板和基本頂巖層分界面，不宜使用樹脂錨桿；如果錨桿前錨固端遠離直接頂板和基本頂巖層分界面，可以使用樹脂錨桿。

3 工程實例

3.1 工程地質條件。試驗巷道下分層煤層厚度為1.8m，煤層傾角12°～19°，平均17°。直接頂為1.2～4.0m厚的膠結層和砂頁巖垮落巖塊，基本頂為2.8m厚的砂巖，直接底為1.0m厚的砂頁巖。上分層工作面已開采完畢11a，采高2.4～2.8m，平均采高2.6m，已壓實。下分層巷道布置于臨近煤柱的次高應力區[3],下分層與上分層內錯間距為4m，

3.2 錨桿支護參數。在地質力學及巷道維護狀況調查的基礎上，依據對再生頂板膠結層厚度、膠結程度、松散矸石層厚度的測定和對現有的巷道支護進行評價及采用數值模擬，設計309工作面材料道支護方案及支護參數(見圖1)。

巷道斷面近似矩形，寬3000mm，中高2200mm。頂板錨桿為等強度螺紋鋼樹脂錨桿φ20L2000mm，每排6根，每根錨桿藥卷為K2335、Z2350各1卷；兩幫為鋼筋樹脂錨桿，φ16L1800mm，每根錨桿樹脂藥卷Z2335兩卷，柳木托板400×200×50mm，外加鐵托板150×150mm。錨桿間排距550×700mm。

錨索采用φ15L6000mm，間距3500mm，五花眼布置方式，錨索托梁長750mm，在托梁下墊150×150mm平托板，使用藥卷K2360、Z2360各一卷，錨入基本頂800mm深。

頂、幫鋪金屬菱形網，巷幫使用φ12mm圓鋼梯子梁，頂板采用"〔"形W鋼帶加直角加固托板。

圖1 支護布置圖

4 再生膠結頂板錨桿支護圍巖變形規律。試驗巷道礦壓顯現觀測資料表明：下分層再生膠結頂板巷道錨桿支護條件下，掘進影響時間較長，無采掘影響穩定期圍巖移近速度較大，但采動影響表現較緩和，在服務期間基本不需維修(見圖2、圖3)。其巷道圍巖變形規律為：

圖2 掘巷期間材料道維護效果

圖3 回采工作面前方50m材料道維護效果

(1)巷道掘進影響時間較長，大約20d左右(見圖4)，掘巷影響期間巷道圍巖頂底板相對移近速度最大11mm/d，平均5mm/d，頂底板相對移近量100mm；兩幫相對移近速度最大6mm/d，平均3mm/d，兩幫相對移近60mm。

(2)巷道無采掘影響相對穩定期內，圍巖移近速度較大，底板相對移近速度平均達到2.0mm/d，兩幫相對移近速度平均達到1.2mm/d(見圖 4)。

(3)回采工作面超前影響距離20m左右，劇烈影響范圍10m(見圖5)；受采動影響期間巷道圍巖頂底板相對移近速度最大33mm/d，平均17mm/d，頂底板相對移近量小于200mm；兩幫相對移近速度最大13mm/d，平均7.5mm/d，兩幫相對移近90mm。

圖4 掘進期間圍巖相對移近速度

圖5 回采期間巷道圍巖移近速度

結論

(1)再生膠結頂板巷道采用等強度樹脂錨桿支護，經濟效益顯著，與棚式支護比較，直接經濟效益每米巷道可節省1200元。工作面回采期間，工作面端頭支護和超前支護密度減小，支護工序簡化；改善了工作面材料道的維護狀況，促進工作面穩產高產；同時，巷道斷面利用率高，安全得到有力的保障，明顯減少巷道掘進的輔助運輸工作量，加快巷道掘進速度，社會效益顯著。

(2)如果錨桿前錨固端接近直接頂板和基本頂巖層分界面，不宜使用樹脂錨桿；如果錨桿前錨固端遠離直接頂板和基本頂巖層分界面，可以使用樹脂錨桿。因此，樹脂錨桿在再生膠結頂板巷道具有較廣闊的應用空間。

[1]侯朝炯，郭勵生，勾攀峰.煤巷錨桿支護[M].徐州：中國礦業大學出版社，1999.

[2]趙和松.頂板再生機理及參數的研究，煤炭科學技術[J].1992.3.

[3]楊建輝，蔡美峰，郭延華.下分層回采巷道微量內錯布置技術研究 [J].巖石軟科學與工程學報，2002.8.

[4]李德忠，何重倫.三軟回采巷道錨桿支護參數的選擇[J].建井技術.2003.24(1)：30～32，29.

[5]柏建彪等.巷道頂板錨桿支護機理的極限載荷分析[J].礦山壓力與頂板管理，1999年，(3/4)：164～166.

[6]宋振騏，蔣金泉.煤礦巖層控制的研究重點與方法，巖石力學與工程學報[J].1996.6第15卷第二期.

[7]柏建彪，侯朝炯.復合頂板極軟煤層巷道錨桿支護技術研究.巖石力學與工程學報[J].2001.1 No20(1).