讓壓錨桿與強力錨桿在孤島綜放面的現場試驗研究

王海強，張海粟，雷 鳴，楊永康

（1.潞安環能股份公司 常村煤礦，山西 長治 046103；2.太原理工大學 采礦工藝研究所，山西 太原 030024）

讓壓錨桿與強力錨桿在孤島綜放面的現場試驗研究

王海強1，張海粟1，雷 鳴1，楊永康2

（1.潞安環能股份公司 常村煤礦，山西 長治 046103；2.太原理工大學 采礦工藝研究所，山西 太原 030024）

針對常村煤礦S3-3孤島工作面所處大埋深、高地應力、破碎頂煤的圍巖特點和巷道嚴重變形、錨桿錨索斷裂嚴重的現狀，研究出了高強讓壓錨桿，并對普通高強錨桿、強力錨桿、讓壓錨桿支護巷道在現場進行實測。研究表明，高強讓壓錨桿能夠既讓壓又有高強錨固力，避免了高應力作用下桿體斷裂，減少了巷道維護量，有效解決高地應力下巷道支護難題。

巷道支護；高強讓壓錨桿；強力錨桿；孤島綜放面

常村煤礦現采3號煤層，埋深大、地應力高，井田內陷落柱、斷層、褶曲等構造多,開采時受到構造應力的影響，屬于深井高應力下的軟弱煤層開采。煤層均厚6 m，放頂煤采煤法，現采S3-3工作面為孤島面。工作面順槽沿煤層底板掘進，頂板需留3 m厚的煤作為巷道的直接頂板，加之巷道掘進時離采空區近，煤體強度較低，工作面順槽地應力較高，給順糟支護帶來困難。S3-3皮帶順槽從2006年12月開始掘進，采用普通高強錨桿W鋼帶支護形式推進180 m，頂板網包嚴重、發生局部漏頂現象，圍巖變形量大。為防止巷道出現大面積漏冒、坍塌，建設方被迫停止巷道掘進；采用強力錨桿支護后推進200 m后，發現又推進中強力錨桿有斷裂現象。

1 大采深高應力巷道支護研究現狀

錨噴聯合支護是經濟、高效、合理方式，它用積極主動的支護原理，保持圍巖的整體性和穩定性，以控制圍巖變形、位移、裂隙發展。近年來，煤巷錨桿支護理論和技術取得很大進展，工程實踐證明錨噴聯合支護經濟合理，錨固系統機理也日趨完善[1-4]。

引起巷道變形的力學原因十分復雜，一般分為物化膨脹型、應力擴容型、結構變形型三大類[2]。物化膨脹型與軟巖本身結構的物化特性有關，應力擴容型與力源有關，結構變形型與巷道結構、巖體結構特性有關。常村S3-3工作面為孤島面，原巖應力大且受多次反復動壓影響，屬于應力擴容型。

大采深高應力破碎巷道施工中變形量大、變形速度快、流變顯著，支護體破壞失效嚴重的問題，如何確保孤島工作面大采深高應力大變形巷道錨桿、錨索等支護結構有效、安全、可靠，是需要解決的主要問題。

現代軟巖支護理論認為[2]，圍巖應力重分布后出現較大的塑性區和松動區，會引起隨時間而增長的大變形。錨桿在大變形條件下無讓壓均壓功能,是造成錨桿錨索破斷的主要原因[2]，一直增加錨桿支護系統的強度并不能解決大采深高應力孤島工作面煤巷支護難題。

在錨桿支護應力不受影響前提下，錨固系統若能適應圍巖較大變形，使圍巖在較大的約束限制下進行讓壓[5]、實現剛柔結合，以釋放部分應力、使錨桿能夠均勻受力、實現減少或避免錨桿破壞，提高支護系統的可靠性。因此讓壓錨固系統的研究迫在眉睫。

2 高強讓壓錨桿研究

常村煤礦與相關合作單位研究出高強讓壓錨桿支護系統，如圖1所示。在高強錨桿托盤和螺母之間加一讓壓環,通過讓壓環在一定壓力下的變形使圍巖卸壓,使錨固系統成為一體而整體受力，實現有效地控制高應力孤島工作面難支護巷道的大變形。

3 現場使用工業性實驗研究

圖1 高強讓壓錨桿

3.1 掘進期間

從2007年2月8日開始，先在S3-3皮帶順槽進行工業性試驗130m。巷道表面位移觀測結果見表1。

表1 不同支護方式的巷道表面位移

由表看出，普通高強錨桿支護巷道，兩幫移近量1 500 mm，頂板下沉量500 mm，圍巖變形量大，錨桿排間距小、施工進度慢，增加材料消耗和降低掘進安全性。采用強力錨桿后，施工速度加快，巷道圍巖變形量明顯減小，但施工時錨桿斷裂、鋼帶扭轉撕裂現象嚴重、部分錨桿需要二次補打，說明錨桿支護系統強度滿足圍巖控制要求，但剛度不夠。采用高強讓壓錨桿后，圍巖表面變形量與高強錨桿相差不大，但掘進實驗期間沒有錨桿錨索斷裂現象，錨桿受力狀態明顯改善，避免了巷道高應力造成的桿體斷裂。為適應孤島工作面復雜的圍巖應力，確定采用高強讓壓錨桿掘進。分別在S3-3皮帶順槽和軌道順槽、S4-3皮帶順槽和軌道順槽、N2-3下皮帶順槽、S5回風下山、N32號回風巷中，推廣試用高強高預應力可變形讓壓錨桿，截止2007年4月27日,巷道已施工5 000 m讓壓錨桿,取得良好支護效果，實現安全、快速、經濟的掘進目標，并取得了月進3 297.8 m的好水平。

3.2 回采期間

S3-3工作面兩巷斷面相同、支護參數相同，部分地段分別采用高強錨桿和高強讓壓錨桿，回采期間兩巷的礦壓顯現規律應相同。回采期間對S3-3工作面兩巷作了的記錄，見表2。在超前工作面50 m范圍內，圍巖表面位移相差不大，但是采用高強讓壓錨桿斷裂1根，采用強力錨桿斷裂8根。

表2 皮順讓壓錨桿、軌順強力錨桿（50m內的變化情況）

4 經濟比較

采用讓壓錨桿支護費用為2 506元/m，采用強力錨桿支護費用2 593元/m，節約資金87元/m；以年掘進30 000 m計算，每年節約資金261萬元。強力錨桿存在斷裂現象，掘進期間掘進工作面往外就一直斷裂。S3-3皮順若用強力錨桿（1月26日～2月24日強力錨桿支護段斷裂353根，相當于掘進27 m巷道材料），采用讓壓錨桿支護每月約節約3萬元材料費用，補打錨桿費用約3萬元(按斷一根補打一根考慮)，補打人工費用按90元/工，每班補打40根，需要2人，每月多投工近20個(1 800元)。每月節約資金合計6.217萬元；每年節約資金合計74.6萬元。

5 結束語

(1)高強讓壓錨桿能夠既讓壓又有高度錨固力，能有效控制圍巖的變形和破壞，避免了高應力下的桿體斷裂、減少了巷道維護量，能夠有效解決大采深高應力孤島工作面巷道支護難題。(2)新的支護理念和高強讓壓錨桿，能以較低成本實現巷道圍巖變形控制效果好，充分體現了高強度、高剛度、低密度的支護設計理念。

[1] 康天合，郜進海，潘永前.薄層狀碎裂頂板綜采切眼錨固參數與錨固效果[J].巖石力學與工程學報，2004，23（增2)：4930-4935.

[2] 何滿朝.中國煤礦軟巖巷道支護理論與實踐[M].徐州，中國礦業大學出版社，1996.

[3] 楊永康，康天合，等.層狀碎裂圍巖特大斷面換裝硐室施工性態及穩定性分析[J].巖石力學與工程學報，2010，29(11)：2293-2303.

[4] 楊永康，季春旭，等.大厚度泥巖頂板煤巷破壞機制及控制對策研究[J].巖石力學與工程學報，2011，30(1)：58-67.

[5] 張小康，王連國，等.高強讓壓錨桿支護效果數值模擬研究[J].采礦與安全工程學報，2008,25(1)：46-49.

Abstract:On the S3-3 isolated working face of Changcun mine,the surrounding rocks are characteristic of large buried depth,high geostress and broken top coal;the roadways deformation and bolt-anchor fractures are severe.To solve the problems,a high-strength yielding bolt is presented.The normal high-strength bolt,powerful bolt,and yielding bolt are also tested in site.The results show that the high-strength yielding bolt not only is yieldable,but also has high-strength anchoring force,which can avoid bolt breaking under high stress,reduce roadway maintenance work,and solve the supporting problems under high geostress.

Key words:roadway support;high-strength yield bolt;powerful bolt;isolated fully-mechanized mining faces

編輯：徐樹文

Field Test of Yield Bolts and Powerful Bolts in Isolated Fully-mechanized Mining Faces

WANG Hai-qiang1,ZHANG Hai-li1,LEI Ming1,YANG Yong-kang2
(1.Changcun Mine,Lu'an Green Energy Co.,Changzhi Shanxi 046103;2.Mining Technology Institute,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024)

TD353

A

1672-5050（2012）07-0043-03

2012-03-01

王海強（1982—），男，山西長治人，在讀工程碩士，助理工程師，從事煤礦生產技術工作。