開灤礦區頂板錨索斷折的思考

耿友明 梁玉春

（河北能源職業技術學院 河北 唐山 063000)

0 前言

T1493是開灤礦區唐山礦鐵一區9煤層最后余采的一個工作面，其采深大，圍巖條件及礦山壓力情況復雜，在開切眼巷道掘進成巷短時間內，便出現了局部頂板錨索支護斷開脫落的現象。鑒于此工作面為唐山礦區的主要備采面，一旦延擱銜接，對該礦的安全生產影響劇大。所以就很有必要對出現的錨索斷折現象進行細致調研、綜合分析，最終提出技術解決方案，以保障該礦的正常銜接。

1 工程概況

唐山礦鐵一區9煤層位于京山鐵路煤柱西部。東與鐵二區本煤層工作面相鄰；西與岳胥區本煤層未采區相鄰；南與南翼十四水平及12號井系統相鄰；北與西翼十三、十四水平本煤層工作面相鄰。開采深度－670～－940m之間。

1.1 頂底板情況

（1）老頂:灰色中砂巖，厚度:8.5m,以石英、長石為主，硅質膠結。

（2）直接頂:深灰色粉砂巖，厚度:5.5m，成分以粉砂質為主，含少量泥質。

（3）煤層:煤層結構為復合結構，屬8、9煤層合區，煤層沉積穩定，煤層中有2-3層夾石。煤質工業牌號為1/3焦煤。厚度:最小10.5m,最大13.3m,平均11.5m。

（4）直接底:灰黑色泥巖，厚度:5.5m，成分以泥質為主，貝殼狀斷口。

（5）老底:深灰色砂質泥巖,厚度:3.5m，泥質為主，粉砂質次之。水平層理明顯。

（6）頂板類（級）別:直接頂Ⅱ類，屬來壓明顯；老頂Ⅱ級，屬中等到穩定。

1.2 支護設計

（1）開切眼工程量:155m；

（2）巷道斷面選型:矩形；局部地點偽傾角大時，斷面為倒梯形；

（3）巷道斷面尺寸:寬×高=7.6m×3.2m；

（4）巷道頂板錨索呈五花眼布置，錨索間距1.9m，錨索跨距2.1m；

（5）錨索材質:1×7股高強度低松馳預應力鋼鉸線；

（6）錨索規格:直徑:15.24mm；長度10m，抗拉強度:1860MPa。

2 錨索折斷及原因分析

2.1 折斷情況

（1）折斷數量:23根，折斷率為17.3%；

（2）折斷位置:開切眼靠近采空區一側，距離軌道平巷47m～86m范圍內；

（3）折斷范圍:首掘切眼超前刷面前4m～16m處——首掘切眼滯后刷面后12m～26m；

（4）斷口高度:最長 3.7m，最短 1.0m，平均 3.5m；位置多位于頂煤夾石中。

2.2 原因分析

（1）錨索質量因素

錨索斷裂多發生在巷道頂板應力集中區域，經對同批次錨索與已折斷錨索進行質量檢測對比，沒有出現指標偏離現象，表示錨索質量合格。

（2）拉力因素

依據現場錨索的其他構件變形不大，以及現場拉力測算值較小可以判斷出，本巷道區域內錨索受拉力小于錨索應力值，由此確定斷折并非為受拉力所致。

（3）剪切因素

通過對折斷錨索的斷口觀察來看，破壞形式顯示為剪切破壞，斷面傾角平均270；

（4）礦山壓力因素

巷道開挖后，壓力重新分布，煤壁深部出現支承壓力，而頂板巖層間在界面處有離層趨勢，錨索施加預緊力后，與圍巖將相互作用，當煤層與夾石巖層出現離層，錨索將受到高強度的剪應力的作用而斷折。

（5）工程因素

因錨索施工工時長，為避免與現場支護發生沖突，故在安排工序時，將其排在檢修班進行，這樣一來，就造成巷道頂板煤層與巖層組合不及時，在技術因素中造成了煤層與巖層離層的趨勢。

小結:

通過對錨索質量、拉應力測算、剪應力、錨索斷口、礦山壓力以及工程技術因素的分析，可確定T1493工作面開切眼巷道內錨索的斷折是由于在不同巖性的煤巖層交界處受到巖層離層滑移產生的剪應力作用而斷折。

3 技術解決方案

3.1 減少頂板弱支護時間

不可否認的是，及時支護是減少巷道圍巖位移、增加圍巖支承強度的必要措施，也是煤礦施工現場管理中時刻要求的要素。現場施工目前已經基本保證了掘進支護時的及時性，而對加打錨索施工的及時性卻重視不足，究其原因，是沒有認識到托煤頂作業的頂板是強度較低的煤層，而不是具備較高自承能力的直接頂，當長度為2.4m的錨桿固入煤體后，其砌體梁厚度僅為2.4米，而其上近6m的煤層與夾石層并沒有得到強度的補強，處于弱支護狀態。一經壓力釋放轉移，就會發生離層移動等顯現現象，這時再采取錨索支護，已經錯失了抑制巖層離層和移動的最佳時機，從而才會出現開切眼巷道中錨索折斷的情況，如果這種現象蔓延下去的話，那么開切眼的寬斷面支護勢必會受到破壞，影響生產。

很明顯，減少頂板弱支護的時間是控制煤頂離層的重要措施。這就要求:現場施工中，要將錨索施工時間由檢修班調整至當班班末。必要時可在首掘切眼中間補打加強錨索。在巷道無錨索支護區域則應加打臺板等臨時支護支撐頂板，限制頂底板發生位移；待錨索施工完成后再回撤倒用。

3.2 增加錨索支護密度

開切眼是長臂式回采工作面系統巷道中支護強度要求最高的巷道，其支護的完整性、斷面成型率對安設液壓支架影響頗大，如果開切眼支護質量不過關，對回采生產的正常銜接的非常不利的。所以在成本預算合理的前提下，可以采取增加錨索支護密度的方法對煤層進行增強支護，當然這種措施的缺點也是很明顯的，比如增加了工人的勞動強度、降低了巷道的掘進速度、增加了巷道的施工成本等。

3.3 增加錨索施工的預緊力

通過增加預緊力的方式，可以最大限度的限制頂板煤巖層之間的離層，降低了離層發生的幾率，從技術上是可行的，但是如果一味的增加預緊力，一方面對錨索本身強度的要求勢必會提高；另一方面，對煤體的二次破壞也是不容忽視的。這就需要我們在理論計算與現場施工壓力觀察過程中，盡量多的收集基礎數據，通過分析、試驗得到最佳的預緊力數值。

4 總結

根據現場施工觀察，錨索在采準巷道的作用，尤其是在大采深、軟圍巖、折線形斷面巷道中，是相當重要，因此錨索施工技術的改進與研究就愈發顯得刻不容緩。理論上講，在正常條件下，即在巷道頂板為巖層的條件下，錨索滯后工作面是可行的，也是經濟的；而在厚煤層采準巷道的掘進中，這種方法就沒能取得預想的支護效果，那么我們完全可以因地制宜的采取減少頂板弱支護時間、增加錨索支護密度、增加錨索施工的預緊力等技術方案改進錨索在煤層頂板中的支護能力。這種嘗試是有價值、有必要、也是值得推廣的。

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