“鳥(niǎo)窩”錨索在動(dòng)壓作用下全煤巷道支護(hù)中的應(yīng)用

王 威

（黃陵礦業(yè)公司一號(hào)煤礦，陜西 延安 727307）

黃陵礦業(yè)一號(hào)煤礦開(kāi)采時(shí)礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，尤其是臨空的進(jìn)風(fēng)巷道受綜采工作面超前支撐壓力與礦井采空區(qū)側(cè)向支撐壓力的雙重影響，動(dòng)壓明顯區(qū)域、聯(lián)絡(luò)巷口、硐室口處巷道圍巖變形嚴(yán)重，頂板下沉明顯，底鼓量大，不得不進(jìn)行二次維修。由于進(jìn)風(fēng)巷道在掘進(jìn)時(shí)受到相鄰掘進(jìn)面超前支承壓力及側(cè)向支承壓力的影響，在回采時(shí)還要受到采煤工作面帶來(lái)的采動(dòng)影響，壓力顯現(xiàn)劇烈，圍巖變形大，尤其是斷面大的地方造成錨索（鋼帶）破斷現(xiàn)象。

1 概況

礦井623進(jìn)風(fēng)巷位于六盤(pán)區(qū)東北側(cè)，西與北二運(yùn)輸大巷相接，南部為621回風(fēng)巷，北部目前沒(méi)有布設(shè)工作面，東部為五盤(pán)區(qū)。623進(jìn)風(fēng)巷直接頂為粉砂巖，平均厚度10.7m，致密堅(jiān)硬，基本頂為中粒砂巖與細(xì)粒砂巖，平均厚度12.28m。

621進(jìn)風(fēng)巷沿煤層頂板掘進(jìn)，為矩形斷面，設(shè)計(jì)掘?qū)?.6m，掘高2.8m，采用的支護(hù)方式為：錨桿+錨索梁+塑鋼網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。頂部采用Φ20×2500mm的左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿進(jìn)行支護(hù)，相鄰兩錨桿的排距為：800mm×800mm，并采用“六—六”矩形布置，每孔消耗MSK2335型樹(shù)脂3節(jié)。幫錨桿間排距700×1000mm，“四—四”矩形布置，兩幫采用左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿Φ20×2500mm，錨桿托盤(pán)尺寸200×200×12mm，每孔消耗MSK2335型樹(shù)脂2節(jié)，同時(shí)兩幫錨桿上安設(shè)1根2.6m T140型鋼帶配合支護(hù)。支護(hù)情況如圖1所示。

2 存在的問(wèn)題

按上述支護(hù)參數(shù)進(jìn)行支護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)后發(fā)現(xiàn)，進(jìn)風(fēng)巷在各個(gè)硐室口處受相鄰619綜采面壓力影響，一直到回采推過(guò)一段時(shí)間內(nèi)，巷道圍巖變形較為嚴(yán)重，尤其在2#聯(lián)絡(luò)巷口前后10m范圍內(nèi)，頂板下沉達(dá)到150mm，底鼓量高達(dá)1.2m，部分錨索梁壓斷，鎖具脫落。回采前需進(jìn)行大量落底、補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)及二次維護(hù)。

圖1 621進(jìn)風(fēng)巷道支護(hù)形式

3 巷道不同時(shí)期的圍巖變化特征分析

根據(jù)采區(qū)布置，623進(jìn)風(fēng)巷與621進(jìn)風(fēng)巷道支護(hù)參數(shù)一樣，623進(jìn)風(fēng)巷距相鄰采煤工作面的回風(fēng)巷平面位置相距30m(30m區(qū)段煤柱)，621綜采面采深大約在283～470m范圍。工作面回采和進(jìn)風(fēng)巷道的關(guān)系如圖2所示。從支護(hù)角度，進(jìn)風(fēng)巷道將分為三個(gè)階段：

圖2 623進(jìn)風(fēng)巷道2#聯(lián)絡(luò)巷與采煤工作面位置

在A段內(nèi)，巷道已經(jīng)掘進(jìn)完成，巷道圍巖在由最初的平衡狀態(tài)到掘進(jìn)完成后的重新分配，巷道的圍巖已經(jīng)趨于穩(wěn)定，并且圍巖的變形都在可控范圍之內(nèi)。

在B段內(nèi)，隨著臨近綜采面的回采開(kāi)始，巷道將經(jīng)歷綜采面回采時(shí)的側(cè)向支承壓力本面超前支承壓力，這時(shí)巷道的圍巖發(fā)生剪切變形破壞，巷道圍巖破損加大，巷道頂板出現(xiàn)下沉，底板鼓起，出現(xiàn)嚴(yán)重破壞現(xiàn)象，直到綜采面順利回采過(guò)后，巷道圍巖才會(huì)逐步變穩(wěn)定。如圖3所示。

在C段內(nèi)，巷道將經(jīng)歷全部上一綜采面的側(cè)向支撐壓力+超前支承壓力，這時(shí)候由于受到采空區(qū)頂板垮落的影響，進(jìn)風(fēng)巷的圍巖壓力主要以煤柱的松散破碎及頂板下降為主。

圖3 在B段內(nèi)進(jìn)風(fēng)巷道應(yīng)力分布

因此，在支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)巷道在所經(jīng)受的不同壓力階段綜合考慮來(lái)確定該段錨索支護(hù)設(shè)計(jì)。

4 “鳥(niǎo)窩”錨索的應(yīng)用

4.1 “鳥(niǎo)窩”錨索特點(diǎn)

錨索有幾種不同的類(lèi)型：無(wú)預(yù)應(yīng)力錨索、快裝預(yù)應(yīng)力錨索、后應(yīng)力錨索。和一般錨索相比，高預(yù)應(yīng)力“鳥(niǎo)窩” (其結(jié)構(gòu)如圖4) 錨索具有下列優(yōu)點(diǎn)：

圖4 高預(yù)應(yīng)力“鳥(niǎo)窩”錨索

（1）索頭保護(hù)套可以保證錨索在運(yùn)輸或者安裝當(dāng)中不易出現(xiàn)散股現(xiàn)象，從而造成錨索施工中的不便。

（2）為確保錨索在孔中順利對(duì)中，通常在設(shè)計(jì)制造“鳥(niǎo)窩”大小時(shí)會(huì)讓其比鉆孔直徑小2mm，樹(shù)脂便可均勻分布于錨索四周，用少量的樹(shù)脂獲得較大的錨固力；同時(shí)，“鳥(niǎo)窩”還可對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行均勻攪拌，進(jìn)而使錨索的拉拔力更大；此外，借助“鳥(niǎo)窩”中間的鏤空，可讓樹(shù)脂充分進(jìn)入“鳥(niǎo)窩”內(nèi)，錨索與樹(shù)脂便可變?yōu)橐粋€(gè)整體，使錨索的拉拔力更強(qiáng)。

（3）布設(shè)加強(qiáng)管是為了更便于安裝，當(dāng)錨索接觸樹(shù)脂后，讓錨索更易進(jìn)入孔內(nèi)。

（4）“鳥(niǎo)窩”的索具和常見(jiàn)的索具不同，高預(yù)應(yīng)力“鳥(niǎo)窩”索具提前在錨索上安裝好，減少了井下的勞動(dòng)量。錨索是根據(jù)設(shè)計(jì)好的長(zhǎng)度制造的，安裝工人無(wú)法隨意剪斷錨索。

4.2 錨索選型

在623進(jìn)風(fēng)巷2#聯(lián)絡(luò)巷口、倒車(chē)硐室口、各個(gè)斷面等處優(yōu)化錨索支護(hù)參數(shù)。為了保證錨索能錨固到穩(wěn)定的煤巖層中，選用長(zhǎng)度為12.3m的錨索。可依據(jù)錨索的強(qiáng)度大小及懸吊巖體的重量情況，采用Ф21.8mm錨索。每排四根錨索，錨索排距為800mm。為了提高錨索的支護(hù)效率和安裝方便，選用捷馬“鳥(niǎo)窩”后應(yīng)力錨索。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

在巷道布置多點(diǎn)位移計(jì)，由支護(hù)工先在頂板鉆Φ28的鉆孔，然后把多點(diǎn)位移計(jì)的末端的倒刺放至預(yù)先施工好的鉆孔內(nèi)，并固定牢固，在相鄰工作面回采的過(guò)程中觀測(cè)數(shù)據(jù)變化。

圖5 圍巖深部位移監(jiān)測(cè)曲線

由圖5可知，頂板側(cè)0～3m、3～6m的圍巖最大離層17mm、6mm，進(jìn)風(fēng)巷在兩相鄰綜采面回采作業(yè)中沒(méi)有出現(xiàn)顯著的頂板下沉現(xiàn)象，取得了較好的支護(hù)效果。

5 結(jié)論

（1）通過(guò)理論分析可知，623進(jìn)風(fēng)巷圍巖變形破壞可分為三個(gè)階段，因各階段臨空巷道圍巖會(huì)有不同的應(yīng)力分布，巷道圍巖會(huì)出現(xiàn)不同的變形破壞方式。

（2）在硐室口、巷道斷面大及2#聯(lián)絡(luò)巷口等位置采用“錨桿+錨索+鋼帶+塑鋼網(wǎng)”的復(fù)合主動(dòng)支護(hù)方案，并將原有的鋼絞線錨索替換為高預(yù)應(yīng)力“鳥(niǎo)窩”錨索，巷道頂板最大變形量小于22mm，可有效控制圍巖變形。