整體耦合高位讓均壓支護在煤礦中的應用

徐學富

【摘 要】 為了解決紅會四礦多煤層開采支承壓力影響下的巷道支護問題，捷馬和紅會四礦應用整體耦合高位讓均壓的理念，對紅會四礦4701回風順槽的支護進行了改革實踐。本文介紹了耦合高位讓均壓的設計理念和方法。

【關鍵詞】 四維耦合高位讓均壓工況點 ?安裝載荷 ?耦合和讓均壓裝置 ?耦合讓均壓工況點圖

1 引言

由于受一煤層開采應力集中的影響，二煤層巷道支護一直是紅會四礦安全生產的一個難題。兩年來，捷馬公司和紅會礦共同開始巷道支護改革，采用了捷馬公司的耦合高位讓均壓支護技術，成功的解決了受一煤開采高支承壓力動壓影響下的二煤4701回風順槽的支護問題。

2 整體耦合高位讓均壓的理念

巷道錨桿（索）支護是按一定設計的間排距由數根錨桿（索）組成。由于沿巷道周邊變形大小不一，錨桿和錨索物理力學性質和幾何尺寸不同，造成不同位置的錨桿（索）變形和載荷不同，為了達到充分發揮每根個體錨桿（索）的作用， 防止錨桿（索）早期破斷，達到共同支護圍巖的作用，個體支護體間也必須達到變形和受力耦合（均壓）。整體耦合定義為：個體支護體和圍巖間的耦合（讓壓）和支護體和支護體之間的耦合（均壓）。所以整體耦合包括以下幾方面的內容：（1）錨桿系統和圍巖耦合：錨桿支護系統的支護強度和變形性能必須和圍巖耦合以達到圍巖的穩定平衡。（2）錨索系統和圍巖耦合：同樣，錨索系統作為支護的一部分其變形性能必須和圍巖耦合以達到圍巖的穩定平衡。（3）錨桿間的耦合：由于頂板和兩幫在不同位置的錨桿所經受的位移和應力過程不同，所以受力差別很大，這有可能造成受力大的錨桿首先破斷而把力傳替到臨近的錨桿造成錨桿順序分別破斷。（4）錨桿和錨索的耦合：錨桿和錨索間的變形耦合也非常重要。從支護體本身來講，錨桿和錨索存在著物理力學性質和幾何尺寸的差別，這種差別如果在設計和使用過程中不當，會引起錨桿或錨索由于變形協調不好造成受力不均甚至破斷。

3 耦合工況點設計的理論依據和彈塑性力學解

根據彈塑性力學理論和現場經驗，巷道開挖后在巷道圍巖將變形破壞，在巷道圍巖將產生松散區，塑性變形區和彈性區。定性的分析這些區域的大小影響因素有利于建立合理的支護理念。定量的近似計算是確定錨桿（索）長度的基礎。圖1為圍巖破壞變形后的分區示意圖。

（1）支護范圍（錨桿長度）：在圍巖的切向應力小于圍巖原巖應力范圍內，圍巖發生松散破壞。此區域成為松散區。松散區邊界上的切向應力和原巖應力相等，松散區內部的應力小于原巖應力。錨桿的有效長度必須大于松散區半徑。松散區半徑的大小和支護方式和支護強度密切相關，因此必須確定松散區半徑和支護強度的關系。（2）支護強度和錨桿的變形要求：根據彈塑性力學理論，巷道開挖后在巷道圍巖將產生松散區，塑性變形區和彈性區。支護系統將經受圍巖的變形過程并在這過成中承載。 支護體的受力大小和允許圍巖變形關系密切。 過小的允許變形支護系統受力過大，而過大的允許變形又很難保證巷道圍巖的穩定性。所以在巷道支護設計時應該在保證圍巖穩定條件下，在合理支護強度下允許圍巖有一定變形。（3）安裝載荷：安裝載荷是主動支護的源泉。適當的安裝載荷一方面可以改善圍巖的應力狀態并在圍巖中形成主動加固梁提高圍巖的自承能力。同時，安裝載荷可以改善錨桿支護系統的工作性能。合理安裝載荷的設計和現場實現是圍巖支護的重要因素之一。

4 支護系統設計和支護效果

4.1 支護系統設計

根據設計的四維耦合高位讓均壓工況點，采用整體耦合高位讓均壓支護系統設計。采用Φ20×2400mm高強耦合高位讓均壓錨桿，最大抗拉強度大于23噸。錨桿安裝載荷不小于4噸。讓壓點為15噸。最大讓均壓距離35mm，間排距為800x1000，采用k2335×2樹脂錨固劑;輔助支護采用18.9X5000mm整體耦合讓均壓鳥窩錨索，錨索讓壓點載荷為25噸，讓均壓距離為40mm。巷道支護總體設計如圖2所示。

4.2 支護效果結論

4701回風順槽掘進后，已經經受了一煤層4602工作面長壁回采底板支承壓力的影響。總體來講，巷道支護效果良好。礦壓觀測結果表明：頂底板移近量平均70mm;兩幫移近平均200mm.錨桿最終載荷達到20噸左右，90%的耦合讓均壓裝置都在規定的噸位啟動變形，充分起到了耦合高位讓均壓的作用; 錨索平均載荷達到了31噸，90%的耦合讓均壓裝置都在規定的噸位啟動變形，充分起到了耦合高位讓均壓的作用，解決了錨索延伸率和錨桿不匹配的問題。在整個過程中，沒有錨桿（鎖）的破斷發生，巷道沒經過任何翻修。整體耦合高位讓均壓作為一種新的支護理念在紅會四礦已經得到了成功的應用。解決了多煤層開采層間支承壓力影響下的支護問題。同時這種設計理念也適合在軟巖，大采深，高應力等復雜地質條件。

參考文獻：

[1]王亞杰.深井高地壓、大變形圍巖巷道支護技術及錨桿設計.礦支護，2008，（1）：8-18.

[2]王亞杰.孤島工作面順槽防沖耦合讓壓支護技術研究.錨桿支護，2012年第四期.endprint

【摘 要】 為了解決紅會四礦多煤層開采支承壓力影響下的巷道支護問題，捷馬和紅會四礦應用整體耦合高位讓均壓的理念，對紅會四礦4701回風順槽的支護進行了改革實踐。本文介紹了耦合高位讓均壓的設計理念和方法。

【關鍵詞】 四維耦合高位讓均壓工況點 ?安裝載荷 ?耦合和讓均壓裝置 ?耦合讓均壓工況點圖

1 引言

由于受一煤層開采應力集中的影響，二煤層巷道支護一直是紅會四礦安全生產的一個難題。兩年來，捷馬公司和紅會礦共同開始巷道支護改革，采用了捷馬公司的耦合高位讓均壓支護技術，成功的解決了受一煤開采高支承壓力動壓影響下的二煤4701回風順槽的支護問題。

2 整體耦合高位讓均壓的理念

巷道錨桿（索）支護是按一定設計的間排距由數根錨桿（索）組成。由于沿巷道周邊變形大小不一，錨桿和錨索物理力學性質和幾何尺寸不同，造成不同位置的錨桿（索）變形和載荷不同，為了達到充分發揮每根個體錨桿（索）的作用， 防止錨桿（索）早期破斷，達到共同支護圍巖的作用，個體支護體間也必須達到變形和受力耦合（均壓）。整體耦合定義為：個體支護體和圍巖間的耦合（讓壓）和支護體和支護體之間的耦合（均壓）。所以整體耦合包括以下幾方面的內容：（1）錨桿系統和圍巖耦合：錨桿支護系統的支護強度和變形性能必須和圍巖耦合以達到圍巖的穩定平衡。（2）錨索系統和圍巖耦合：同樣，錨索系統作為支護的一部分其變形性能必須和圍巖耦合以達到圍巖的穩定平衡。（3）錨桿間的耦合：由于頂板和兩幫在不同位置的錨桿所經受的位移和應力過程不同，所以受力差別很大，這有可能造成受力大的錨桿首先破斷而把力傳替到臨近的錨桿造成錨桿順序分別破斷。（4）錨桿和錨索的耦合：錨桿和錨索間的變形耦合也非常重要。從支護體本身來講，錨桿和錨索存在著物理力學性質和幾何尺寸的差別，這種差別如果在設計和使用過程中不當，會引起錨桿或錨索由于變形協調不好造成受力不均甚至破斷。

3 耦合工況點設計的理論依據和彈塑性力學解

根據彈塑性力學理論和現場經驗，巷道開挖后在巷道圍巖將變形破壞，在巷道圍巖將產生松散區，塑性變形區和彈性區。定性的分析這些區域的大小影響因素有利于建立合理的支護理念。定量的近似計算是確定錨桿（索）長度的基礎。圖1為圍巖破壞變形后的分區示意圖。

（1）支護范圍（錨桿長度）：在圍巖的切向應力小于圍巖原巖應力范圍內，圍巖發生松散破壞。此區域成為松散區。松散區邊界上的切向應力和原巖應力相等，松散區內部的應力小于原巖應力。錨桿的有效長度必須大于松散區半徑。松散區半徑的大小和支護方式和支護強度密切相關，因此必須確定松散區半徑和支護強度的關系。（2）支護強度和錨桿的變形要求：根據彈塑性力學理論，巷道開挖后在巷道圍巖將產生松散區，塑性變形區和彈性區。支護系統將經受圍巖的變形過程并在這過成中承載。 支護體的受力大小和允許圍巖變形關系密切。 過小的允許變形支護系統受力過大，而過大的允許變形又很難保證巷道圍巖的穩定性。所以在巷道支護設計時應該在保證圍巖穩定條件下，在合理支護強度下允許圍巖有一定變形。（3）安裝載荷：安裝載荷是主動支護的源泉。適當的安裝載荷一方面可以改善圍巖的應力狀態并在圍巖中形成主動加固梁提高圍巖的自承能力。同時，安裝載荷可以改善錨桿支護系統的工作性能。合理安裝載荷的設計和現場實現是圍巖支護的重要因素之一。

4 支護系統設計和支護效果

4.1 支護系統設計

根據設計的四維耦合高位讓均壓工況點，采用整體耦合高位讓均壓支護系統設計。采用Φ20×2400mm高強耦合高位讓均壓錨桿，最大抗拉強度大于23噸。錨桿安裝載荷不小于4噸。讓壓點為15噸。最大讓均壓距離35mm，間排距為800x1000，采用k2335×2樹脂錨固劑;輔助支護采用18.9X5000mm整體耦合讓均壓鳥窩錨索，錨索讓壓點載荷為25噸，讓均壓距離為40mm。巷道支護總體設計如圖2所示。

4.2 支護效果結論

4701回風順槽掘進后，已經經受了一煤層4602工作面長壁回采底板支承壓力的影響。總體來講，巷道支護效果良好。礦壓觀測結果表明：頂底板移近量平均70mm;兩幫移近平均200mm.錨桿最終載荷達到20噸左右，90%的耦合讓均壓裝置都在規定的噸位啟動變形，充分起到了耦合高位讓均壓的作用; 錨索平均載荷達到了31噸，90%的耦合讓均壓裝置都在規定的噸位啟動變形，充分起到了耦合高位讓均壓的作用，解決了錨索延伸率和錨桿不匹配的問題。在整個過程中，沒有錨桿（鎖）的破斷發生，巷道沒經過任何翻修。整體耦合高位讓均壓作為一種新的支護理念在紅會四礦已經得到了成功的應用。解決了多煤層開采層間支承壓力影響下的支護問題。同時這種設計理念也適合在軟巖，大采深，高應力等復雜地質條件。

參考文獻：

[1]王亞杰.深井高地壓、大變形圍巖巷道支護技術及錨桿設計.礦支護，2008，（1）：8-18.

[2]王亞杰.孤島工作面順槽防沖耦合讓壓支護技術研究.錨桿支護，2012年第四期.endprint

【摘 要】 為了解決紅會四礦多煤層開采支承壓力影響下的巷道支護問題，捷馬和紅會四礦應用整體耦合高位讓均壓的理念，對紅會四礦4701回風順槽的支護進行了改革實踐。本文介紹了耦合高位讓均壓的設計理念和方法。

【關鍵詞】 四維耦合高位讓均壓工況點 ?安裝載荷 ?耦合和讓均壓裝置 ?耦合讓均壓工況點圖

1 引言

由于受一煤層開采應力集中的影響，二煤層巷道支護一直是紅會四礦安全生產的一個難題。兩年來，捷馬公司和紅會礦共同開始巷道支護改革，采用了捷馬公司的耦合高位讓均壓支護技術，成功的解決了受一煤開采高支承壓力動壓影響下的二煤4701回風順槽的支護問題。

2 整體耦合高位讓均壓的理念

巷道錨桿（索）支護是按一定設計的間排距由數根錨桿（索）組成。由于沿巷道周邊變形大小不一，錨桿和錨索物理力學性質和幾何尺寸不同，造成不同位置的錨桿（索）變形和載荷不同，為了達到充分發揮每根個體錨桿（索）的作用， 防止錨桿（索）早期破斷，達到共同支護圍巖的作用，個體支護體間也必須達到變形和受力耦合（均壓）。整體耦合定義為：個體支護體和圍巖間的耦合（讓壓）和支護體和支護體之間的耦合（均壓）。所以整體耦合包括以下幾方面的內容：（1）錨桿系統和圍巖耦合：錨桿支護系統的支護強度和變形性能必須和圍巖耦合以達到圍巖的穩定平衡。（2）錨索系統和圍巖耦合：同樣，錨索系統作為支護的一部分其變形性能必須和圍巖耦合以達到圍巖的穩定平衡。（3）錨桿間的耦合：由于頂板和兩幫在不同位置的錨桿所經受的位移和應力過程不同，所以受力差別很大，這有可能造成受力大的錨桿首先破斷而把力傳替到臨近的錨桿造成錨桿順序分別破斷。（4）錨桿和錨索的耦合：錨桿和錨索間的變形耦合也非常重要。從支護體本身來講，錨桿和錨索存在著物理力學性質和幾何尺寸的差別，這種差別如果在設計和使用過程中不當，會引起錨桿或錨索由于變形協調不好造成受力不均甚至破斷。

3 耦合工況點設計的理論依據和彈塑性力學解

根據彈塑性力學理論和現場經驗，巷道開挖后在巷道圍巖將變形破壞，在巷道圍巖將產生松散區，塑性變形區和彈性區。定性的分析這些區域的大小影響因素有利于建立合理的支護理念。定量的近似計算是確定錨桿（索）長度的基礎。圖1為圍巖破壞變形后的分區示意圖。

（1）支護范圍（錨桿長度）：在圍巖的切向應力小于圍巖原巖應力范圍內，圍巖發生松散破壞。此區域成為松散區。松散區邊界上的切向應力和原巖應力相等，松散區內部的應力小于原巖應力。錨桿的有效長度必須大于松散區半徑。松散區半徑的大小和支護方式和支護強度密切相關，因此必須確定松散區半徑和支護強度的關系。（2）支護強度和錨桿的變形要求：根據彈塑性力學理論，巷道開挖后在巷道圍巖將產生松散區，塑性變形區和彈性區。支護系統將經受圍巖的變形過程并在這過成中承載。 支護體的受力大小和允許圍巖變形關系密切。 過小的允許變形支護系統受力過大，而過大的允許變形又很難保證巷道圍巖的穩定性。所以在巷道支護設計時應該在保證圍巖穩定條件下，在合理支護強度下允許圍巖有一定變形。（3）安裝載荷：安裝載荷是主動支護的源泉。適當的安裝載荷一方面可以改善圍巖的應力狀態并在圍巖中形成主動加固梁提高圍巖的自承能力。同時，安裝載荷可以改善錨桿支護系統的工作性能。合理安裝載荷的設計和現場實現是圍巖支護的重要因素之一。

4 支護系統設計和支護效果

4.1 支護系統設計

根據設計的四維耦合高位讓均壓工況點，采用整體耦合高位讓均壓支護系統設計。采用Φ20×2400mm高強耦合高位讓均壓錨桿，最大抗拉強度大于23噸。錨桿安裝載荷不小于4噸。讓壓點為15噸。最大讓均壓距離35mm，間排距為800x1000，采用k2335×2樹脂錨固劑;輔助支護采用18.9X5000mm整體耦合讓均壓鳥窩錨索，錨索讓壓點載荷為25噸，讓均壓距離為40mm。巷道支護總體設計如圖2所示。

4.2 支護效果結論

4701回風順槽掘進后，已經經受了一煤層4602工作面長壁回采底板支承壓力的影響。總體來講，巷道支護效果良好。礦壓觀測結果表明：頂底板移近量平均70mm;兩幫移近平均200mm.錨桿最終載荷達到20噸左右，90%的耦合讓均壓裝置都在規定的噸位啟動變形，充分起到了耦合高位讓均壓的作用; 錨索平均載荷達到了31噸，90%的耦合讓均壓裝置都在規定的噸位啟動變形，充分起到了耦合高位讓均壓的作用，解決了錨索延伸率和錨桿不匹配的問題。在整個過程中，沒有錨桿（鎖）的破斷發生，巷道沒經過任何翻修。整體耦合高位讓均壓作為一種新的支護理念在紅會四礦已經得到了成功的應用。解決了多煤層開采層間支承壓力影響下的支護問題。同時這種設計理念也適合在軟巖，大采深，高應力等復雜地質條件。

參考文獻：

[1]王亞杰.深井高地壓、大變形圍巖巷道支護技術及錨桿設計.礦支護，2008，（1）：8-18.

[2]王亞杰.孤島工作面順槽防沖耦合讓壓支護技術研究.錨桿支護，2012年第四期.endprint