淺談主動超前支護的應用

由于采面的開采，在采后形成冒落區，采場上覆巖層載荷全部作用在工作面前方的煤壁和采后冒落的巖體上，這樣在工作面前方就形成了超前壓力區。為保護作業人員和設備的安全，防止采面上下巷頂板由于超前壓力冒落，必須采取超前支護。現在煤礦中最長用的超前支護方式就是單體支柱配鉸接頂梁，隨著煤礦開采深度的增加，礦壓隨之增大、對采掘工藝和技術的要求也有所提高。

0.概況

東山礦161綜采隊現回采西采區7#層，采高4.3米，上下巷寬4.2米，高4米。本煤層開采初期，上下巷均采用傳統的4米單體支柱配鉸接頂梁，距工作面10米內打雙排，20米內打單排的超前支護，但經常出現折柱、斷柱現像，并且整個超前支護過程，都必須由人工進行操作。由于支柱較長，重量較大，操作比較難。折柱、斷柱就需要重新補打，不但造成人力、物力浪費，同時也影響安全，甚至出現安全事故。 我礦根據7#層采高較大，上下巷較高的實際情礦，對超前支護進行了改進，變被動支護為主動支護。即在掘進階段就對采場上下巷打錨索加強支護，間排距均為2米。

1.錨索支護原理

錨索是采用有一定彎曲柔性的鋼絞線通過預先鉆出的鉆孔以一定的方式錨固在圍巖深部，外露端由工作錨通過壓緊托盤對圍巖進行加固補強的一種手段。作為一種新型有效的加固形式，錨索在巷道支護中占有重要地位。其特點是錨固深度大、承載能力高，將下部不穩定巖層錨固在上部的穩定的巖層中，可靠性較大；可施加預應力，主動支護圍巖，因而可獲得可靠的比較理想的支護加固效果，其加固范圍、支護強度、可靠性是普通錨桿支護所無法比擬的。

錨索除具有普通錨桿的懸吊作用、組合梁作用、組合拱作用、楔固作用外，與普通錨桿不同的是對頂板進行深部錨固而產生強力懸吊作用。并且沿巷道縱軸線形成連續支撐點，以大預緊力減緩頂板變形擴張。

在采掘現場，對于圍巖松動圈大，巷道圍巖節理發育、頂板破碎及偽頂較厚等復雜頂板條件下的巷道支護，通過錨桿對松動圈內的圍巖進行組合梁加固和錨索的補強支護，將其錨固到頂板深部。由于錨索支護給頂板的高預緊力和它的高承載能力，使頂板由錨桿支護形成的組合梁得到進一步加強，并將其牢固的懸吊在上部直接頂與老頂內。同時，這種加強錨桿支護所形成的組合梁對上部直接頂或老頂也進行了保護，阻止了他的下沉移動和松動擴展。使相鄰的錨桿、錨索的作用力相互疊加，形成一個新巖梁。這個巖梁的厚度、剛度、層間抗剪強度成倍增加，使頂板壓力通過巷道煤幫向煤體深部轉移。改善巷道受力條件，使頂板得到有效控制，片幫問題也得到較好的解。

2.壓力計算

R0=1/2×（a2+H2）0.5

=0.5×（4.2×4.2+4×4）0.5

=2.89m

Rp=R0（γ頂Z/（γ頂ZsinΦ+CcosΦ）0.5

=2.89×[2500×480÷（2500×480×0.707+4×0.707）]0.5

=3.437

Q頂=γ頂（Rp-H/2）

=2.5×（3.437-4÷2）

=4.2175

上下巷超前段頂板載荷：（動壓影響一般取靜壓時的2～4倍，這里取3）

Q上、Q下=3×Q頂

=3×4.2175

=12.6525 頂板總壓力：

單位長度支護承載頂板壓力：

F頂=a×Q（kN）

=4.2×12.6525

=53.1405 進風錨網支護：

Pt=F/S

=F錨/a（kN/m2）

=53.1405÷4.2

=12.6525

式中：

γ頂—頂板巖石平均容重，kg/m3；

η—補強錨索支護效率，%；

Rp—塑性區半徑，m；

Q頂—靜壓情況下頂板載荷，kN/m2；

Z—巷道埋藏深度，m；

R0—矩形巷道外接圓半徑，m；

Φ—摩擦角，取45°；

C—粘結系數，取4；

H—巷道高度，m；

a—巷道寬度，m；

L—超前維護距離，m；

Q上、Q下—上、下巷超前段頂板載荷，kN/m2；

n補—補強錨索數，根；

N破—補強錨索的破斷力，kN；

F—上下巷支護單位長度承載的頂板壓力，kN；

Pt—上、下巷頂板載荷，kN/m2；

錨索的最大支撐力為260KN

錨索的密度可以利用下式計算：

n=Pt/260

=7.145/260=0.02748

式中：

n—錨索密度，根/m2

Pt—上下巷頂板載荷，KN/m2

n實=1

式中：

n實—實際支護密度，根/m2

n實>n，所以超前支護符合要求。