錨索桁架在改進大斷面煤巷支護中的應用

賀小勇

(山西中陽鋼鐵集團有限公司，山西　呂梁　033402)

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·技術經驗·

錨索桁架在改進大斷面煤巷支護中的應用

賀小勇

(山西中陽鋼鐵集團有限公司，山西呂梁033402)

針對山西某礦20103綜放工作面區段運輸平巷在巷道開掘后出現的頂板破碎和兩幫變形嚴重等技術難題，基于預應力錨索桁架支護原理，結合該礦實際開采地質條件，設計并優化了聯合支護方案中的錨索桁架支護參數。現場實測結果表明，以非對稱錨索桁架為主的聯合控制技術能夠解決綜放工作面大斷面煤巷的支護難題。

綜放工作面；大斷面煤巷；錨索桁架；非對稱支護

1　工程概況

山西某礦20103綜放工作面的北部為20105工作面采空區，兩工作面間的區段煤柱寬度為8 m，20103工作面的南部為尚未開采的20101工作面。其中，20103工作面傾向長度261 m，走向長度1 231.7 m.20103區段運輸平巷于20105工作面回采結束后2個月開始掘進，現20103區段運輸平巷已經掘進完畢。20103工作面布置見圖1.

圖1　20103工作面布置示意圖

20103工作面煤層賦存穩定，鉆孔揭露煤層平均厚度6.28 m.煤層結構較復雜，一般含1～2層炭質泥巖、泥巖夾矸。20103工作面運輸平巷為矩形斷面，掘進斷面規格為寬5 600 mm×高3 550 mm，采用錨、網、索、鋼筋梯子梁聯合支護方式，原有具體支護方案見圖2.

圖2　原有支護方案示意圖

2　20103區段運輸平巷礦壓顯現分析

20103工作面區段運輸平巷在相鄰20105工作面開采結束后不久進行掘進，受20105工作面上覆巖層運動及未穩定支承壓力的影響，且在掘進過程中揭露較多小構造，圍巖整體穩定性較差，在原有的支護方案下，巷道礦壓顯現情況如下：

1) 頂板整體性較差，局部破碎。由于煤體強度較弱，圍巖整體性較差，在頂板大結構的強水平擠壓運動及巷道幫角上方附近頂板剪切應力的作用下，煤體易產生破壞，加之局部區域小構造影響，頂板較為破碎，局部區域出現冒頂，冒頂最大高度可達1 m以上；由于頂板大結構的回轉運動作用，巷道頂板淺部圍巖存在明顯內擠變形，位于巷道中部區域的W鋼帶受擠壓向下凸出現象較為普遍。

2) 兩幫變形嚴重。巷道煤柱幫側變形量較大，局部區域網兜明顯，個別區域出現片幫及煤柱整體內擠變形；實體煤幫側變形稍小，巷幫表面煤體較破碎，變形和擴容現象明顯，局部區域發生片幫，片幫深度最大可達1 m左右。

3) 對20103巷道圍巖破壞情況進行現場礦壓觀測，巷道礦壓顯現強烈段頻率很高，占到整個調研巷道的59.6%.礦壓顯現主要位置集中在2個頂角處、巷道中部和未支護的巷幫底部，3個位置占礦壓顯現段的頻率依次為45.2%、25.8%、22.6%.

3　20103區段運輸平巷控制對策

1) 采用強度高、延伸量大的錨桿支護。

錨桿強度增高后使得支護阻力大大增強，圍巖塑性區及破碎區發展得到控制、塑性區流變速度減緩，圍巖變形減小[1]；延伸量大的錨桿允許圍巖變形量相應加大[2]，圍巖應力降低、錨桿載荷減少，錨桿破斷風險降低，巷道維護狀況得到有效改善。

2) 高強預應力錨索支護。

通過采用高強預應力錨索補強支護，對巷道松動圈內的煤巖進一步加固，將其錨固到深部穩定圍巖中[3-4].由于高強預應力錨索的預緊力和承載能力得到加強，進一步加強了錨桿在頂板支護中形成組合梁作用，使淺部的組合梁更牢固地懸吊在頂板老頂內。補強后的錨索、錨桿共同作用力相互疊加，組合形成了更穩定的新巖梁。這個新巖梁厚度、剛度、巖層間抗剪強度均得到成倍增加，改善了巷道受力條件，充分調動了深部穩定圍巖的承載能力，使頂板得到有效控制，片幫問題也較好地得到了解決。

3) 改進支護系統結構。

一般情況下，錨桿(索)支護主要采用懸吊理論，解決復雜條件下的高地應力煤巷、厚軟巖巷道等支護難題已不能完全發揮作用。為了更好地發揮單體錨索和錨桿的共同作用，利用錨桿控制巷道淺部圍巖的性能，將鋼絞線預拉力桁架作用于受壓狀態的巷道兩肩窩部位，以兩肩窩深部巖體作為錨固點和承載結構的基礎，采用高預拉力對拉并鎖緊2根鋼絞線，直接作用于頂板淺部的圍巖，提供水平預應力改善頂板受力狀態，使低位巖體的力學性能得到強化、抗變形性能得到提高，以及層狀頂板的不協調變形得到控制[5-6].

4) 分區治理。

不同位置的礦壓情況差異較大，礦壓顯現亦明顯不同。20103工作面區段運輸平巷在相鄰20105工作面開采結束2個月后進行掘進，受20105工作面上覆巖層運動及未穩定支承壓力的影響，原有支護方案不能滿足采動影響下巷道穩定的需要，需進行二次加固，這一區域為待加固區域，支護的關鍵是保持窄煤柱的穩定性[7]，巷道對支護要求要更側重于窄煤柱側的支護。

4　工程實踐

4.1改進后的支護方案

通過對20103區段運輸平巷巷道圍巖特點、巷道支護要求和圍巖控制機理與技術進行理論分析，提出20103工作面區段運輸平巷改進支護方案采用“簡式復合錨索桁架+雙側角錨索+新型預應力錨索桁架”的聯合支護方式，并且對頂板金屬網和巷道兩幫錨桿、錨索規格及間距進行了調整。具體支護方案見圖3.

圖3　改進后支護方案示意圖

4.2巷道圍巖控制效果分析

在20103工作面區段運輸平巷內距工作面開切眼110 m位置設礦壓觀測站，對圍巖表面位移、頂板離層狀況進行觀測。巷道圍巖變形量隨工作面距離變化曲線見圖4.

從圖4可以得出，距工作面前方50 m時，圍巖變形基本不受采動影響，圍巖變形呈現緩慢增長趨勢曲線沒有太大波動；工作面至距測站35 m時圍巖變形開始有顯著增長，此時測站受采動影響較為劇烈，呈現快速增長趨勢，且兩幫變形速度及變形量均大于頂底板，但圍巖總體移近量并不大，尤其就頂底板移近量而言保持一個相對較小值。截止工作面推至測站，巷道頂板累計下沉量165 mm，兩幫累計移近量122 mm，巷道變形量在安全范圍之內。

5　結　論

1) 根據巷道圍巖穩定性控制原理，在分析總結當前綜放沿空大斷面煤巷錨固支護技術基礎上，提出了“強頂、減跨補強、分區治理”修復思路，并在原支護基礎上采用非對稱“多錨索-鋼筋組合圈梁-槽鋼”的修復技術方案，且槽鋼梁位于彎矩和撓度的“重心”位置。

圖4　巷道圍巖變形量隨工作面距離變化曲線圖

2) 現場應用效果表明，在采動影響范圍內頂板最大累計下沉量為165 mm，最大累計下沉速度為9 mm/d；兩幫最大累計移近量為122 mm，最大累計移近速度為9.2 mm/d.采取修復支護方案后，20103工作面區段運輸平巷在工作面采動作用下基本無離層現象，巷道維護狀態比較穩定。

3) 本文提出的窄煤柱大斷面綜放面受損動壓回采煤巷采取的錨索桁架配合頂板角錨索支護設計方法合理，安全可靠，對類似工程可提供借鑒。

[1]董方庭．巷道圍巖松動圈支護理論及應用技術[M].北京：煤炭工業出版社，2001：42-48.

[2]楊雙鎖．回采巷道圍巖控制理論及錨固結構支護原理[M].北京：煤炭工業出版社，2004：105-110.

[3]李建軍.大斷面沿空巷道錨索桁架聯合控制技術[J].煤炭技術，2013，32(2)：61-62.

[4]康紅普，林建，吳擁政．全斷面高預應力強力錨索支護技術及其在動壓巷道中的應用[J].煤炭學報，2009，34(9)：1153-1159.

[5]孫曉明，何滿潮，馮增強．深部松軟破碎煤層巷道錨網索支護技術研究[J].煤炭科學技術，2005，33(3)：47-50.

[6]何富連，殷東平，嚴紅,等．采動垮冒型頂板煤巷強力錨索桁架支護系統試驗[J].煤炭科學技術，2011，39(2)：1-5.

[7]苑振山.楊家灣煤礦復式錨索桁架支護技術的探索與實踐[J].西北煤炭，2008，6(3)：25-27.

Application of Anchor Truss in Improving Coal Roadway Supporting of Large Section

HE Xiaoyong

Aiming at the technical problems of roadway roof breakage and two sides severe deformation of section transport drift in a mine 20103 fully mechanized caving face after the roadway excavation. Based on the supporting principle of prestress anchor truss, combines with the actual mining geological conditions, designs and optimizes the anchor truss supporting parameters in the combination supporting scheme. The measured results show that the combined control technique in a primarily asymmetric anchor truss can solve the supporting problem of large section roadway in fully mechanized caving face.

Fully mechanized caving face; Large section roadway; Anchor truss; Asymmetric supporting

2016-02-19

賀小勇(1970—)，男，山西呂梁人，1992年畢業于大同煤校，工程師，主要從事煤礦生產技術及管理方面的工作(E-mail)331716811@qq.com

TD353

A

1672-0652(2016)03-0022-03