淺談復雜地質條件下的錨網聯合支護技術

吳軍毅 劉繼祥

(陜西省寶雞市北馬坊煤業公司,陜西寶雞 721500)

淺談復雜地質條件下的錨網聯合支護技術

吳軍毅 劉繼祥

(陜西省寶雞市北馬坊煤業公司,陜西寶雞 721500)

本文詳細分析了煤礦巷道常見復雜地質條件狀況,并結合礦區工作實際,提出了合理有效的加強復雜地質條件下煤巷錨網支護技術的措施。

復雜地質 煤巷 錨網支護

復雜地質條件下的煤巷圍巖一般比較松軟、地應力大、巷道變形快、變形量大、抗壓強度低，容易引起頂板冒落或片幫事故。[1]對于此類巷道，錨網聯合支護是解決支護難題的有效途徑，顯著改善支護效果、降低支護成本、加快成巷速度、降低勞動強度、簡化工作面兩端頭區維護工藝[1]。特別是針對大斷面、圍巖受力復雜的綜合機械化采煤的回采巷道，采用錨網聯合支護的主動支護形式，較好的解決了問題。

1 復雜地質條件下的煤巷類型

根據煤巷所處的位置及圍巖性質，包括圍巖不穩定或極不穩定的煤巷，可以分為以下類型。軟巖巷道，如煤軟、頂板軟及底板軟的三軟巷道;窄煤柱護巷巷道;多次受采動影響的巷道; 圍巖破碎、受構造應力影響大的巷道;強烈底鼓的巷道。這些圍巖比較松軟、地應力大，變形速度高的巷道，變形量也很大。當使用棚式支架時，頂底、兩幫相對變形量少則300mm-400mm，多則1000mm-2000mm，而且常常伴有強烈的底鼓，在巷道服務期間需要進行多次翻修和臥底，支護、維修費用很高，即便如此，也仍然難以滿足礦井生產的需要和安全要求。

2 錨網聯合支護的機理[2]

錨網支護技術在煤巷中的應用發展迅速，其中錨桿與工字鋼支架聯合支護的形式應用十分廣泛，主要分為兩種情形。

巷道中以錨桿支護為主、工字鋼支架支護為輔，此時，工字鋼支架支護是預防性措施，保證了巷道的安全，其發展趨勢是工字鋼支架將被逐步取消。

巷道中以工字鋼支架支護為主，而利用錨桿進行補強、加固，而錨和工字鋼支架各自發揮著加固作用。這種形式在巷道條件困難或有特殊需要時，能大大改善控制圍巖的效果。

采用錨桿、工字鋼支架聯合支護，由于錨桿與工字鋼支架可隨著巷道圍巖的壓應力和變形的變化而變化，具有較好的適應性，在巷道靜壓期以及工作面采動附加載荷轉移的初期，錨桿支護及時主動控制了巷道圍巖，并對其有讓壓特性，使大部分附加載荷轉入圍巖中，有效保護了巷道維護范圍內頂板完整。進而減少了頂板前期下沉量和巷道收縮率， 對工字鋼支架支護是一種彌補。在附加載荷初期轉移完成后， 巷道頂板的下位巖層處于卸載狀態，但并未產生破壞。此時，巷內工字鋼支架開始承載， 提供給足夠的支護剛度，有力控制了頂板的后期下沉量和圍巖變形量。可見，錨桿、工字鋼支架聯合支護實現了巷道支護系統必要的讓壓性和足夠的支護剛度。

3 復雜地質條件下加固錨網支護的有效措施

本文以陜西寶雞北馬坊礦井為例，該礦區為斜井開拓方式，隨著企業開采規模的擴大和深度的下延，各種復雜地質條件逐漸顯現，在保證礦區安全生產的前提下，針對復雜地質條件下的煤巷圍巖地質力學條件和變形破壞特點，加固錨網支護的主要措施有。

(1)由于頂板松軟破碎，變形量很大，與樹脂的粘結力較小，當采用高強度、超高強度全長樹脂錨固錨桿其錨固力可達到100kN以上，超高強度錨桿則可達到300kN以上。由于錨桿錨固力越高，錨固體極限強度強化系數和殘余強度強化系數越大，能夠更好的改善錨固體的力學性能越能，因而圍巖變形能夠更好地得到控制。[3]全長樹脂錨固后，不僅提高了錨桿的安全可靠性，而且由于錨桿對錨固區內的圍巖整體約束， 增大了錨桿支護系統的剛度、減小了頂板變形量。有關研究表明，在同等條件下，采用全長錨固相比端頭錨固時的圍巖變形量能減少約50%以上。由于全長錨固錨桿受力后兩端軸力最小，中部最大，十分有利于保持松軟破碎頂板的完整性。

(2)巷道底鼓是這類巷道礦壓顯現的表現形式，底鼓嚴重時底鼓量占到頂底板移近量的80%以上，對運輸和行人等造成很大的困難，斷面的急劇縮小嚴重影響礦井通風和生產安全。當前，常采用封閉型金屬支架、底板卸壓、底板注漿加固、底板錨桿、不同形式的反拱、等方式控制巷道底鼓。煤巷采動影響是導致發生巷道底鼓的主要原因，巷道在支承壓力作用下，巷道圍巖發生不均勻的整體下沉，而比較松軟的煤幫下沉即會引起巷道底鼓，此時，由于應力集中因素，造成巷道角部被破壞，繼而最大塑性區形成于巷道角部和煤幫部位。因此，要控制巷道底鼓，就需要減小兩幫的下沉和幫、角塑性區的發展，采用錨桿或注漿加固巷道幫、角是一種簡便可靠、行之有效、經濟效果良好的新技術。

(3)由于煤幫最為松軟，巷道兩幫變形量相當大，一般大于頂板下沉量，特別是窄煤柱護巷的一幫。因此，煤幫宜選用加長錨固可伸長增強錨桿，使用錨桿具有較大的支護阻力和一定的伸長量。錨桿可選用材質為20MnSi的建筑螺紋鋼，直徑為Φ20 mm左右。由于煤體與樹脂的粘結力相對較低，因此媒幫錨桿的錨固長度必須達到1米以上才能保證煤幫錨桿的錨固力達到規定的40kN以上，同時，可以使用鋼筋梯子梁、網等措施更好的控制煤幫片幫。

(4)錨索補強與注漿加固圍巖是一種錨桿支護系統的輔助配套技術。當頂板比較松軟、直接頂較厚時，可采用孔徑為28mm，孔深約6m-9m的錨索予以加固，錨索的承載能力通常可達到300kN，其原理是利用錨索將下部松軟、不穩定巖層懸吊到上部堅硬、穩定的巖層中。當圍巖比較破碎時，可以使用化學類漿液或水泥類漿液等采用注漿方法加固圍巖，提高錨桿的錨固力和巖體強度。

4 結語

總之，通過在復雜地質條件下采用錨網聯合支護方式對寶雞北馬坊礦井進行施工，保證了該礦區巷道支護的穩定性和安全性，較傳統的返修工藝支護費用低、施工難度小、效率高，工人勞動強度低，工期短，為以后同類工程積累了寶貴的實踐經驗。

[1]曾佑富,伍永平,來興平,魏成.復雜條件下大斷面巷道頂板冒落失穩分析[J].采礦與安全工程學報,2009年04期.

[2]何滿潮.中國煤礦錨桿支護理論與實踐[M].科學出版社,2004年.

[3]王其洲,蔣現科.軟巖巷道支護方式探討[J].能源技術與管理,2012年01期.

吳軍毅(1973.08.25—),男,陜西寶雞人,大專,助理工程師,主要從事礦山采掘技術工作,專業：煤礦開采技術;

劉繼祥(1971—),男,陜西寶雞人,助理工程師,大專,主要從事煤礦采掘技術工作,專業：煤礦開采技術。