不同錨桿支護(hù)效果對(duì)煤巷圍巖位移的對(duì)比分析

李百林

（西山煤電建筑工程集團(tuán)有限公司礦建分公司， 山西 太原 030000）

引言

錨桿支護(hù)不僅能夠加固巷道的圍巖，還能夠提高圍巖的強(qiáng)度和承載力，同時(shí)具有支護(hù)效果好、支護(hù)造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用[1]。巷道錨桿支護(hù)的理論有：懸吊原理，將煤礦巷道頂部破碎的圍巖通過(guò)懸吊作用于堅(jiān)固的圍巖上，避免柔弱巖層出現(xiàn)下沉現(xiàn)象；組合梁原理，利用錨桿的組合梁作用，不僅能夠承載自身的重量，且對(duì)巷道頂部圍巖也有一定的支撐作用[2]；壓縮拱原理，不同錨桿間會(huì)產(chǎn)生重疊錐形壓力區(qū)域，使相關(guān)巷道圍巖形成壓縮拱作用形式，進(jìn)而提升圍巖的強(qiáng)度和支撐能力；松動(dòng)圈原理，可用來(lái)抵擋巖石產(chǎn)生的碎脹力，防止相關(guān)圍巖的松動(dòng)圈出現(xiàn)持續(xù)擴(kuò)大的現(xiàn)象；圍巖強(qiáng)度機(jī)理，可提升圍巖的內(nèi)聚力等物理強(qiáng)度，保證巷道圍巖的穩(wěn)固[3]。因此，本文在常規(guī)支護(hù)、幫部支護(hù)及強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)三種不同錨桿支護(hù)方案下，對(duì)比分析煤巷圍巖位移的變化情況，進(jìn)而減小煤巷頂板和幫部的變形，增加圍巖的穩(wěn)定性和安全性。

1 不同錨桿支護(hù)方案下煤巷圍巖位移的對(duì)比分析

煤礦巷道錨桿支護(hù)效果最直接的表現(xiàn)是煤巷圍巖位移，而圍巖的相對(duì)位移則更能直觀地反映出圍巖的破壞變形程度[4]，本文設(shè)計(jì)三種錨桿支護(hù)方案進(jìn)行對(duì)比研究，具體如下：

方案一：常規(guī)錨桿支護(hù)。煤巷頂錨桿采用左旋螺紋鋼錨桿，規(guī)格是Φ20 mm×2 200 mm，每排設(shè)置5根，間排距950 mm×1 350 mm；兩幫采用規(guī)格是Φ16 mm×1 800 mm 的圓鋼錨桿，兩幫每排各設(shè)置3根，間排距1 1001 mm×1 350 mm。

方案二：強(qiáng)幫錨桿支護(hù)。煤巷頂錨桿支護(hù)參數(shù)同方案一，而幫部支護(hù)參數(shù)為：兩幫采用左旋螺紋鋼錨桿的規(guī)格是Φ20 mm×2 400 mm，兩幫每排各設(shè)置4根，間排距950 mm×1 350 mm。

方案三：強(qiáng)幫強(qiáng)角錨桿支護(hù)。煤巷頂板和兩幫錨桿的設(shè)計(jì)參數(shù)均同方案二，并在方案二的基礎(chǔ)上，將頂板兩側(cè)角錨桿傾斜向外30°，同樣將兩幫上側(cè)角錨桿傾斜向上30°。其中，方案二和方案三的錨桿支護(hù)示意圖如圖1 所示。

圖1 煤巷不同錨桿支護(hù)的示意圖（單位：mm）

本文在上述三種不同錨桿支護(hù)方案下，對(duì)比分析煤巷圍巖位移的變化情況，并確定最優(yōu)的錨桿支護(hù)方案。

通過(guò)在煤巷頂板巖層位置設(shè)置5 個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)頂板的位移及相對(duì)位移量，具體測(cè)點(diǎn)為①②③④和⑤，得到如下頁(yè)圖2 所示的頂板巖層位移圖。

圖2 不同錨桿支護(hù)，煤巷頂板巖層位移的變化曲線(xiàn)

從下頁(yè)圖2 對(duì)比可看出，方案二中的頂板巖層位移都大幅降低，降低比例依次是43.4%、43.2%、42.9%、42.9%和43.1%。對(duì)于方案三，頂板位移繼續(xù)降低，相比方案一，五個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的降低比例分別是52.8%、52.7%、52.5%、52.5%和52.7%；相比方案二，五個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的降低比例分別是16.6%、16、7%、16.8%、16.8%和16.9%。因此，對(duì)比可知，通過(guò)施加幫部和角部錨桿支護(hù)后，大幅度降低了煤巷頂板巖層的下沉量。

另外，施加幫部和角部支護(hù)后，頂板巖層的相對(duì)位移量也大幅降低，對(duì)比計(jì)算測(cè)點(diǎn)①到測(cè)點(diǎn)⑤的相對(duì)位移量，方案二中的相對(duì)位移量降低47.6%。對(duì)于方案三，相對(duì)位移量繼續(xù)降低，相比方案一降低53.8%；相比方案二降低11.8%。通過(guò)分析還可知，相對(duì)位移量的降低比例幅度明顯大于位移量的降低比例，因此，施加幫部和角部支護(hù)后，不僅使頂板巖層的整體下沉量得到控制，且使頂板巖層的相對(duì)變形量也降低。

通過(guò)在煤巷左幫位置設(shè)置5 個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)左幫的位移及相對(duì)位移量，具體測(cè)點(diǎn)為⑥⑦⑧⑨和⑩，得到圖3 所示的左幫圍巖位移圖。

從圖3 可看出，對(duì)比三種錨桿支護(hù)，測(cè)點(diǎn)⑥⑦變化顯著，而測(cè)點(diǎn)⑧⑨⑩變化不大。對(duì)于方案二，測(cè)點(diǎn)⑥的位移降低34.9%，測(cè)點(diǎn)⑦的位移降低12.8%。對(duì)于方案三，測(cè)點(diǎn)⑥的位移，相比方案一降低47.7%，相比方案二降低19.7%；測(cè)點(diǎn)⑦的位移，相比方案一降低33.4%，相比方案二降低23.7%。因此，對(duì)比可得出，施加幫部和角部支護(hù)能夠有效降低左幫的位移量。

圖3 不同錨桿支護(hù)，煤巷左幫位移的變化曲線(xiàn)

再深入對(duì)比分析測(cè)點(diǎn)⑥至⑩的相對(duì)位移量，對(duì)于方案二，左幫相對(duì)位移量降低35.3%。對(duì)于方案三，相對(duì)位移量仍繼續(xù)降低，相比方案一降低48.1%；相比方案二降低19.7%，因此，對(duì)比可知，施加幫部和角部支護(hù)后，顯著降低了左幫相對(duì)位移量，且相對(duì)位移量降低幅度更大，表明強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)能夠很好地控制左幫圍巖的變形。

通過(guò)在煤巷右?guī)臀恢迷O(shè)置5 個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)右?guī)偷奈灰萍跋鄬?duì)位移量，具體測(cè)點(diǎn)為1○12○13○14○和15○，得到圖4 所示的右?guī)蛧鷰r位移圖。

圖4 不同錨桿支護(hù)，煤巷右?guī)臀灰频淖兓€(xiàn)

從圖4 中可以看出，右?guī)臀灰频淖兓厔?shì)基本等同于左幫，即11○12○測(cè)點(diǎn)的變化顯著，其余三個(gè)測(cè)點(diǎn)變化不明顯。對(duì)于方案二，測(cè)點(diǎn)1○的位移降低37.4%，測(cè)點(diǎn)12○的位移降低23.7%。對(duì)于方案三，相比方案一，測(cè)點(diǎn)1○12○的位移分別降低47.8%和33.5%；相比方案二，分別降低16.5%和12.9%。

再深入分析右?guī)偷南鄬?duì)位移量，從測(cè)點(diǎn)11○到測(cè)點(diǎn)15○進(jìn)行計(jì)算分析，施加幫部支護(hù)后，右?guī)拖鄬?duì)位移量降低37.8%。對(duì)于方案三，相對(duì)位移量仍繼續(xù)降低，相比方案一降低48.1%，相比方案二降低16.5%，因此，對(duì)比可知，強(qiáng)幫強(qiáng)角支護(hù)能夠顯著降低右?guī)偷奈灰坪拖鄬?duì)位移量，且能夠很好地增加煤巷幫部的穩(wěn)定性。

2 結(jié)論

1）強(qiáng)幫強(qiáng)角錨桿支護(hù)，能夠降低煤巷頂板的整體下沉量，有效改善頂板對(duì)幫部的擠壓，從而降低幫部圍巖的變形量，提高煤巷頂板的支撐能力。

2）強(qiáng)幫強(qiáng)角錨桿支護(hù)，還能降低頂板巖層和兩側(cè)幫部的相對(duì)位移量，且相對(duì)位移量降低比例幅度明顯要大于位移量的降低幅度，不僅減小了頂板巖層的損傷，還有效控制了兩側(cè)幫部的變形。