摘要：文章論述了從現(xiàn)場地質(zhì)條件出發(fā)，在理論分析的基礎上運用工程類比法，設計出大斷面軟弱頂板回采巷道錨桿支護參數(shù)，經(jīng)現(xiàn)場實測信息反饋，參數(shù)設計合理，能滿足生產(chǎn)要求，為類似條件巷道的桿支護參數(shù)設計提供了借鑒。
錨桿支護是一種充分利用圍巖自身承載能力的主動支護技術，與傳統(tǒng)的被動棚式支護相比具有承載能力強、巷道穩(wěn)定性高、支護成本低、勞動強度低、成巷速度快等優(yōu)點，因而成為各國礦井巷道的主要支護形式之一。但是，目前由于人們對錨桿支護技術的沒有更深刻的認識，致使這一技術只是在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類巷道中得到成熟應用和發(fā)展，而對于巷道圍巖軟弱、大斷面等困難條件巷道中的錨桿支護則發(fā)展緩慢。基于此，本文對大斷面軟弱頂板情況的回采巷道錨桿支護進行了試驗研究，經(jīng)現(xiàn)場實測表明，錨桿支護能夠完全適應該情況下的巷道變形特性，支護質(zhì)量完全滿足生產(chǎn)要求。
一、巷道基本概況
(一)巷道地質(zhì)概況
淮南礦業(yè)集團潘東公司18228工作面運輸順槽位于B8煤層內(nèi)，巷道埋深392.7～548.5m，走向長1200m，煤層厚度0.1～4.5m，平均3.2m，煤層傾角0°～12°，平均7°。煤層直接頂為厚10.33m的泥巖、老頂為厚4.04m的泥質(zhì)粉砂巖、直接底為厚5.82m的泥巖。巷道掘進范圍內(nèi)共有12條斷層，其中4條斷層的落差大于4m。頂板屬于裂隙發(fā)育地質(zhì)構造復雜的軟弱頂板。
(二)巷道設計斷面
根據(jù)回采期間運輸和通風的要求，巷道設計成凈斷面為14.4m2、形狀為寬×高=4.8m×3.0m的矩形巷道。
二、巷道支護參數(shù)的確定
(一)支護參數(shù)的理論計算
1.頂板錨桿長度。
頂板錨桿長度按下式計算：
由于布置了懸吊作用的錨索，所以按經(jīng)驗公式可得出頂板等效跨距：
B'=B-B=B=3.2m
上式中B為巷道寬度，取4.8m?？紤]巷道兩幫的破壞深度，取實際等效跨度4.2m，根據(jù)公式，潛在冒落高度：
b==1.83m
式中：kx——頂板穩(wěn)定性系數(shù)，頂板地質(zhì)構造復雜，屬于弱穩(wěn)定，取kx=0.4；
f——頂板巖層普氏系數(shù)，泥巖一般取f=3。
因此頂錨桿長度L頂為：
L頂=la+b+l1=2.53m
式中：la——錨固長度，取0.6m；
l1——錨桿外露長度，取0.1m。
根據(jù)技術規(guī)范中錨桿長度系列，取L頂為2.6m。
2.幫錨桿長度。
兩幫非有效承載區(qū)寬度l'：
l'=+=1.3m
式中：fc——煤體普氏系數(shù)，取1.5。
幫錨桿長度L幫為：
L幫=l'+Z+l1=1.7m
式中：Z——幫錨桿錨固深度，取0.3m；
l1——錨桿外露長度，取0.1m。
根據(jù)技術規(guī)范中錨桿長度系列，取L幫為1.8m。
3.錨桿間排距和直徑。
錨桿的間排距可按下式預算：
D=(1/3～1/2)L頂
式中：D為錨桿間排距，根據(jù)計算D=0.86～1.3m，根據(jù)巷道實際情況和同類巷道的支護經(jīng)驗?。喉敯彘g排距為880mm×900mm，兩幫間排距為850mm×900mm。
4.錨桿直徑。
根據(jù)錨桿桿體承載能力和錨固力等強度原則確定錨桿直徑，公式如下：
d=35.52=18.0mm～19.0mm
式中：Q——錨固力，由拉拔試驗確定，參考淮南礦區(qū)資料，一般為90～100KN；
mg——桿體材料抗拉強度，Mpa，這里選擇螺紋鋼，強度為350MPa。
考慮現(xiàn)場情況取頂錨桿直徑20mm，幫錨桿直徑18mm。
5.錨索的支護參數(shù)。錨索采用國產(chǎn)通用Ф15.24mm低松弛1860級的鋼絞線，錨索的錨固頂端必須進入穩(wěn)定巖層1.5m，根據(jù)淮南礦區(qū)的地質(zhì)條件，一般為6.3m，考慮到巷道直接頂為較厚的泥巖，取錨索長度6.5m。錨桿的間排距確定為1760mm×1800mm，即每隔兩排錨桿布置兩根錨索。
(二)支護方案的確定
依據(jù)巷道圍巖穩(wěn)定性分類原則及18228的開采技術條件，運輸順槽屬于Ⅳ～Ⅴ類圍巖，由于巷道頂板較軟弱，因此采用高預拉力螺紋鋼錨桿+M型鋼帶+菱形金屬網(wǎng)聯(lián)合支護技術，以形成剛性化頂板結構，旨在建立剛性梁，以克服頂板的離層、剪切破壞。由于巷道兩幫為實體煤，一般情況下，其抗變形強度較巷道頂?shù)装鍘r層弱，為了減小兩幫的鼓幫變形，防止發(fā)生片幫的事故，兩幫支護也采用同樣的錨梁網(wǎng)聯(lián)合支護的方式，這樣既能加固兩幫，又能有效控制頂板的下沉。頂錨桿規(guī)格Φ20×2600，設計扭矩不小于150Nm；幫錨桿規(guī)格Φ18×1800，設計扭矩不小于120Nm。
三、支護效果監(jiān)測
(一)監(jiān)測內(nèi)容及方法
由于煤巷錨桿支護是一項隱蔽性很強的工程，圍巖破壞失穩(wěn)前一般沒有明顯的預兆，人們難于直接察覺，因此圍巖破壞往往具有突發(fā)性。鑒于此，必須進行日常巷道礦壓與支護質(zhì)量監(jiān)測，一方面通過隨時觀測巷道圍巖活動情況，一旦發(fā)現(xiàn)異?？杉皶r采取措施，保證安全生產(chǎn)，另一方面通過監(jiān)測獲得圍巖穩(wěn)定狀況的信息，檢驗支護參數(shù)的合理性，為以后錨桿設計提供依據(jù)。
(二)監(jiān)測結果
1.表面位移。用十字布點法觀測巷道頂?shù)装寮皟蓭拖鄬ξ灰屏亢偷纂?。觀測顯示，在巷道開挖7天，相對變形明顯，隨后變形逐漸較小，最終穩(wěn)定。觀測的巷道表面位移累計變化量都小于200mm，都在設計許可的變形范圍內(nèi)。
2.頂板離層。同表面位移一樣，頂板離層值也是在巷道開挖初期變化明顯，隨后逐漸減小。達到穩(wěn)定時，離層值為49mm，小于臨界離層值。
3.錨桿受力。觀測顯示，到變形穩(wěn)定時，錨桿受力大部分在70kN以上，部分錨桿由于預緊力不夠而小于70，這與扭力扳手檢查的錨桿初錨力的質(zhì)量結果相符，所以煤巷錨桿支護在質(zhì)量管理方面還需加強。
四、結語
1.實踐表明，在大斷面、松軟頂板等特殊條件巷道中實施錨桿支護是可行，能夠滿足生產(chǎn)要求，并具有降低支護成本、減小勞動強度等優(yōu)點，應在這類巷道推廣錨桿支護技術。
2.錨桿支護參數(shù)的設計應根據(jù)現(xiàn)場條件，以科學理論和現(xiàn)場經(jīng)驗為指導。使設計參數(shù)在確保巷道穩(wěn)定安全的前提下，兼顧經(jīng)濟效益，使錨桿支護達到最佳的綜合效益。
3.錨桿支護的煤層巷道，必須施以必要的支護質(zhì)量日常監(jiān)測。
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