【摘要】本文結(jié)合金能煤礦煤巷錨桿支護的以往經(jīng)驗，分析了影響煤巷錨桿支護安全的主要因素，并提出了如何提高煤巷錨桿支護穩(wěn)定性的具體措施，對類似條件下巷道支護方案的確定具有一定的參考價值。
在當前的煤礦巷道掘進工序中，煤巷錨桿以其支護與加固兩種功能成為支護技術(shù)中的重要形式。文章以金能煤礦某工作面機巷為工程背景，就錨桿錨固力在煤巷圍巖中的支護作用進行了深入探討。通過對該巷道原有支護設(shè)計進行分析，進而提出了巷道錨桿支護優(yōu)化設(shè)計方案，對類似巷道錨桿支護具有一定的參考意義。
1.大斷面巷道失穩(wěn)分析
金能煤礦某工作面機巷是采用錨桿支護的大斷面巷道，工作面推進至機巷距1#聯(lián)絡(luò)巷向里222～236m處時（距工作面開切眼536m），巷道發(fā)生冒頂，冒頂長度14m，冒落體積達236.9m3，從現(xiàn)場冒落情況來看，巷道離層主要發(fā)生在距離巷道頂板約2m處的煤巖結(jié)合面，冒落處出現(xiàn)錨桿、錨索組合構(gòu)件被剪斷、壓穿等現(xiàn)象，冒落處附近的多處幫錨桿支護出現(xiàn)穿透托板失效現(xiàn)象。
1.1巷道頂?shù)装鍘r性及原支護設(shè)計
頂?shù)装鍘r性：巷道偽頂為泥巖、炭質(zhì)泥巖，厚度0.12～0.79m。直接頂為中粗砂巖，厚度2.84～5.12m，平均厚度3.86m，單向抗壓強度144～246kg/cm2，抗拉強度10～24kg/cm2，屬中等易冒落較穩(wěn)定巖層。底板以細粒砂巖和粉砂巖為主，巖石較完整，節(jié)理、裂隙不太發(fā)育。細粒砂巖單向抗壓強度151～572kg/cm2，粉砂巖267kg/cm2，抗拉強度11kg/cm2，屬中等較穩(wěn)定巖層。
巷道原支護設(shè)計：機巷設(shè)計斷面為異矩形，沿二煤頂板掘進，巷道寬度5200mm，巷道中高3500mm，斷面積為18.2m2，采用錨桿、掛網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護。頂部采用Φ20mm×2300mm螺紋鋼錨桿支護，間排距900mm×850mm，錨索規(guī)格Φ15.24mm×8300mm的5×7鋼絞線，間排距2000mm×2000mm，托梁采用長度為400mm的14#槽鋼制成，每排布置3根錨索，兩幫采用Φ16mm×2000mm玻璃鋼錨桿支護，間排距900mm×850mm。
1.2大斷面巷道失穩(wěn)分析
基于頂板巖性特征分析：機巷設(shè)計沿二煤頂板掘進，由于二煤偽頂為厚度0.3m的碳質(zhì)泥巖，層理發(fā)育，在掘進過程中隨掘隨落。直接頂為粉砂巖，在空氣中水分或裂隙水作用下逐步軟化或潮解，使巖體膨脹，強度弱化，從而降低了頂板巖體穩(wěn)定性。
基于錨桿支護設(shè)計分析：巷道頂板直接頂為碳質(zhì)泥巖與砂質(zhì)泥巖互層，其中夾有三層煤線，從現(xiàn)場冒落情況來看，錨桿錨固端位置正好處于第一層煤線與碳質(zhì)泥巖膠結(jié)處，支護錨桿長度不夠，從而導致錨桿懸吊作用減弱，使錨桿未能起到抑制頂板下沉的作用。
基于錨桿支護材料分析：巷幫的堅固與否直接影響著頂板的穩(wěn)定性。雙重擾動影響下巷幫強度較弱的肩窩處在水平拉應(yīng)力的作用下承載能力減弱，在強度較為脆弱的玻璃鋼錨桿支護下，造成頂板失穩(wěn)破壞。
2.巷道錨桿支護優(yōu)化設(shè)計及支護效果控制
2.1巷道錨桿支護優(yōu)化設(shè)計
頂板控制：頂板弱面失穩(wěn)對巷道穩(wěn)定性有較大影響，巷道頂部應(yīng)根據(jù)實際地質(zhì)情況適當增加錨桿的長度，錨固在穩(wěn)定巖層內(nèi)。根據(jù)冒頂區(qū)域揭露的圍巖地質(zhì)條件，將頂部錨桿的長度增加到2500mm，采取有效措施給錨桿施加較大的預(yù)應(yīng)力，確保錨桿能錨固在堅硬頂板中。錨桿的預(yù)應(yīng)力一般為錨索最大承載力的1/2左右較為合適。
托梁是頂板整體結(jié)構(gòu)形成的基礎(chǔ)，可以使點載荷均布，擴大錨索的支護范圍，減少巷道表面由于頂板彎曲下沉造成的拉伸破壞作用。結(jié)合現(xiàn)場施工情況，將其變更為錨索托梁和單點錨索交替的五花型布置方式，即一排三根的錨索共同使用一根長度為4400mm的14#槽鋼托梁，錨索間排距為2000mm×3000mm；一排為兩根的錨索各使用一根長度為400mm的14#槽鋼短托梁，錨索間排距為2200mm×3000mm。
巷幫控制：巷幫支護效果直接影響頂板巖層的穩(wěn)定性。巷道開挖后在頂板形成大范圍松動區(qū)、塑性區(qū)，降低對巷道圍巖的有效支撐，引起頂?shù)装鍘r層變形的顯著增加，加劇破壞程度。使用金屬錨桿進行支護，減小巷幫松動區(qū)、塑性區(qū)的形成范圍，增強巷幫對頂?shù)装宓闹巍?/div>
支護材料：調(diào)整支護材質(zhì)是提高支護質(zhì)量的根本。結(jié)合現(xiàn)場玻璃鋼錨桿被拉斷的情況，將頂錨桿優(yōu)化為Φ20mm×2600mm的螺紋鋼錨桿，兩幫錨桿由玻璃鋼錨桿優(yōu)化為Φ18mm×1800mm的端頭錨固圓鋼錨桿。通過增大錨桿直徑，適當加長錨桿錨固長度提高錨桿的剛度，保證支護的可靠。支護優(yōu)化必須結(jié)合支護地點頂板和煤層條件，根據(jù)錨桿支護的設(shè)計原則和設(shè)計方法采用高預(yù)應(yīng)力錨桿支護系統(tǒng)。頂錨桿采用抗拉強度為500MPa的Φ22mm×2500mm左旋無縱筋專用螺紋鋼錨桿，全長錨固。幫錨桿采用抗拉強度為500MPa的Φ20mm×2300mm左旋無縱筋專用螺紋鋼端頭錨桿，端頭錨固。頂部采用W鋼帶（W280-4700-3）幫部采用W型鋼護板（W280-450-5）來增大護頂面積和應(yīng)力擴散范圍。
2.2支護效果控制
制定有效的頂板管理制度，強化現(xiàn)場施工，加強巷道頂板變形失穩(wěn)的監(jiān)測是控制支護效果的關(guān)鍵。根據(jù)現(xiàn)場實際，制定靈活多變的加固性補強措施，保證支護安全。①嚴格控制巷道成形，采用光面爆破減少對圍巖的擾動，最大限度保持圍巖的原始結(jié)構(gòu)狀態(tài)；②保證支護的及時性，巷道圍巖一旦揭露立即進行錨桿支護，避免大面積松動區(qū)、塑性區(qū)的形成對錨桿支護質(zhì)量造成影響；③強化錨桿施工質(zhì)量，提高鉆孔角度，保證鉆孔深度和錨桿安裝質(zhì)量，確保錨桿發(fā)揮作用。
3.結(jié)語
可見，文章通過對大斷面煤巷錨桿支護破壞失穩(wěn)原因分析，對回采巷道的支護方式進行了合理優(yōu)化。實踐證明，優(yōu)化后的支護方案滿足了現(xiàn)場安全開采需要，在降低了回采巷道的維護量的同時，為礦井安全高效生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
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