摘要：通過對回采巷道圍巖力學(xué)性質(zhì)研究，分析其變形破壞因素；依據(jù)礦山壓力理論，進行回采巷道力學(xué)分析；采用理論分析，結(jié)合錨桿支護理論，設(shè)計回采巷道支護方案及相關(guān)參數(shù)，設(shè)置井下礦壓觀測站，記錄和分析礦壓觀測結(jié)果，掌握試驗區(qū)域圍巖的變形規(guī)律，最終確定合理的支護方案：采用了適合軟巖巷道的錨桿和錨索組合支護形式。頂錨桿采用Φ20×2400左旋螺紋鋼錨桿，間距0.65m，排距0.9m；幫錨桿采用Φ18×1800圓鋼錨桿，間排距1×0.9m；幫網(wǎng)和頂網(wǎng)采為菱形金屬網(wǎng)。這樣既提高了單根錨桿的錨固力，消除或減小了巖體結(jié)構(gòu)變形效應(yīng)，又增強了圍巖整體穩(wěn)定性。鋼筋網(wǎng)增強了初次支護的柔性，既保證軟巖最大地發(fā)揮其自身支撐能力，又能允許圍巖有較大的變形，釋放其形變能量，從而實現(xiàn)耦合設(shè)計。
南留莊礦回采工作面均為壁式布置、房柱式開采方式，回采巷道支護一直采用U型鋼支護。為適應(yīng)生產(chǎn)的需要，降低生產(chǎn)成本，提高工作效率，將U型鋼支護改用錨桿支護。現(xiàn)以1408工作面的回風(fēng)巷道為試驗巷道，進行合理的錨桿支護技術(shù)研究。1408工作面回風(fēng)巷設(shè)計斷面為矩形，尺寸為2.8m（寬）*2.5m（高），巷道沿頂板掘進，兩幫為實體煤。為保證回采巷道的安全和穩(wěn)定性，結(jié)合巷道圍巖力學(xué)性質(zhì)，選用錨桿和錨索組合支護形式支護方案。
1、巷道地質(zhì)概述
1408工作面回風(fēng)巷道，位于四采區(qū)1號煤層，地面標(biāo)高+1050，煤層標(biāo)高+815。煤層賦存比較穩(wěn)定，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般含1～3層夾石。煤層平均埋深235m，厚度為3～4m，頂板依次為泥巖和砂巖，底板依次為泥巖和白云質(zhì)巖。單位涌水量0.933L/min，巷道圍巖為中等富水性含水層。
2、采巷道圍巖變形和穩(wěn)定性分析
1408回采巷道圍巖變形要經(jīng)歷如下三個階段
（1）巷道掘進影響階段
?。?）巷道掘進影響穩(wěn)定階段
（3）采動影響階段
1408工作面回采巷道穩(wěn)定性分析
由水對巖石的弱化機理可知，圍巖水造成圍巖強度等的力學(xué)性質(zhì)顯著降低，依據(jù)南留莊礦條件，巷道開掘后，造成圍巖泄壓松弛，原巖應(yīng)力重新分布，圍巖中的裂隙節(jié)理面以不同的形式變形、張開或滑移，由于圍巖中的水的參與，必將導(dǎo)致圍巖變形和破壞的可能性大大增加，這種原因與結(jié)果相互作用相互影響、促進，最終引起巷道圍巖的變形失穩(wěn)。
3、工作面回采巷道錨桿支護參數(shù)設(shè)計
3.1錨桿支護參數(shù)初步設(shè)計
錨桿支護參數(shù)主要包括錨桿直徑、長度、錨桿托盤和間、排距等。南留莊礦煤巷頂板大體為層狀巖體，易破碎，通過錨桿對圍巖強度的強化作用，能在巷道圍巖內(nèi)形成強度較高的承載結(jié)構(gòu)，從而可維護巷道的穩(wěn)定。據(jù)此對加固方案的錨桿參數(shù)進行了計算和分析，并用于工程實踐。下表是巷道錨桿支護參數(shù)取值范圍。
工作面兩巷錨桿支護參數(shù)取值范圍
序號 項目 參數(shù)取值范圍
1 錨桿長度（m） 頂板錨桿 1.61.82.02.22.42.6
兩幫錨桿 1.61.82.02.2
2 錨桿間排距（m） 0.60.70.80.91.01.11.21.4
3 頂板、兩幫錨桿根數(shù) 3334435455
?。?）錨桿長度
1）幫錨桿：
L=L1+L2+L3
式中：
L－垂直錨桿長度
L1－錨桿外露長度，取L1＝0.15m
L2－錨桿有效長度，即巷道頂板松動圈的高度。為了減少巷道的維護量，保證回采期間巷道的穩(wěn)定，簡化超前支護，因而選取受采動影響的最大松動圈，即L2＝1.2m
L3－錨桿錨固長度一般為0.3～0.4m，取L3＝0.3m
因此，L＝0.15+1.2+0.3＝1.65m
2）頂錨桿：
L=l1+KH+l3
式中：
L—錨桿長度
l1—錨桿外露長度0.15
K—安全系數(shù)取為1.5
H—軟弱巖層厚度，均厚1.2m
l3—錨桿錨固長度，取0.6m
因此，L=0.15+1.5*1.2+0.6=2.55m
工程實踐經(jīng)驗表明，幫錨桿長度的確定是根據(jù)巷道圍巖變形規(guī)律與幫錨桿長度的關(guān)系，隨幫錨桿長度增加，巷道圍巖變形量減小，幫錨桿長度達到1.8～2.0m時，兩幫相對移近量快速減小；對減小頂?shù)装逑鄬σ平恳灿凶饔茫?dāng)幫錨桿長度達到1.8m時，頂?shù)装逡平繙p小較多；即幫錨桿長度較大時控制圍巖變形效果較好；由于頂板巖層屬于不穩(wěn)定巖層，為了有效的提高錨桿加固后巖石的強度、彈性模量、內(nèi)聚力、和內(nèi)摩擦角，有效改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力應(yīng)變特性。綜合考慮，建議選取幫錨桿長度為1800mm和頂錨桿長度2400mm。
（2）錨桿托盤
錨桿托盤選擇把握兩個原則：
1）要滿足錨桿托盤與錨桿桿體在強度上的匹配，避免因為錨桿托盤的強度不夠而造成錨桿穿孔現(xiàn)象；
2）要滿足錨桿托盤與錨桿桿體在支護結(jié)構(gòu)上的匹配，避免因錨桿桿體與托盤在支護結(jié)構(gòu)上的不配而造成錨桿桿體及螺母受力不均，影響巷道的支護效果。
3.2支護參數(shù)確定
根據(jù)地質(zhì)條件、巷道斷面尺寸、施工條件和生產(chǎn)技術(shù)條件，結(jié)合上述分析，初步確定頂錨桿采用螺紋鋼錨桿，頂錨桿采用Φ20×2400左旋螺紋鋼錨桿，間距0.65m，排距0.9m；幫錨桿采用Φ18×1800圓鋼錨桿，間排距1×0.9m；幫網(wǎng)和頂網(wǎng)采為菱形金屬網(wǎng)。托盤采用120mm*120mm*8mm和150mm*150mm*5mm鐵托盤。如果巷道出現(xiàn)底臌現(xiàn)象時還應(yīng)該在幫底補打錨桿，其參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場情況可適當(dāng)修正。
4、工作面回采巷道淋水、斷層地段合理支護技術(shù)
4.1回采巷道斷層地段支護方案
在1408回風(fēng)巷的掘進過程中，可能揭露勘探報告中提及的SF6斷層，斷層附近的巖層受地質(zhì)作用的影響，變得很不穩(wěn)定，因此，要獲得理想的支護效果，就必須加大錨桿的支護密度，增加錨索支護，使巖層能夠保持最大程度的完整性。在巖層穩(wěn)定性最差處加大錨索的錨深，以強化局部錨索的懸吊作用；在巷道頂、幫部加掛網(wǎng)片，使網(wǎng)片與錨桿形成一個支護整體，有效地控制巷幫的變形。為避免淋水、風(fēng)化再度降低巷道圍巖強度，可在巷道頂幫噴射混凝土封閉圍巖，防止圍巖強度急劇下降。經(jīng)過噴漿處理的斷層附近巖體，混凝土層與錨桿、網(wǎng)片可以形成一個強度足夠的支護整體，從而達到很好的支護效果。
4.2回采巷道淋水段支護方案
從地質(zhì)探測可知，1408工作面距離奧灰水和第四系含水層的距離相對較遠，正常地質(zhì)條件下對回采巷道影響不大，但遇到頂板破碎、斷層等地質(zhì)構(gòu)造時，裂隙、節(jié)理發(fā)育，奧灰水和第四系含水層可能沿斷層、裂隙導(dǎo)入。因此，在巷道破碎或斷層地段易發(fā)生淋水，導(dǎo)致錨固性能急劇降低，影響支護質(zhì)量。針對南留莊煤礦1號煤層地質(zhì)特征，淋水段支護技術(shù)除要參考斷層段支護技術(shù)外，還要注意以下幾個方面。
（1）做好掘進工作。掘進過程中必須備好排水泵和排水管路，并隨掘進同時跟進迎頭，掘至斷層附近時必須“先探后掘”。
?。?）封堵。使用超前注漿技術(shù)，封堵淋頭水來源，可以使用錨注支護技術(shù)，采用單液或雙液注漿系統(tǒng)，使用高水材料、水玻璃和水泥漿等。
?。?）合理的錨桿支護參數(shù)。
?。?）使用加寬、加厚的W鋼帶作為組合構(gòu)件。
?。?）組合錨索支護技術(shù)，組合錨索支護：使用支護構(gòu)件將兩根或多根錨索連接成一體，形成錨索組合支護系統(tǒng)，提高支護體系的支撐能力。組合錨索在巷道頂部的巖層內(nèi)形成桁架方式，通過對錨索施加預(yù)緊力，增加巖體之間的內(nèi)摩擦力從而提高圍巖的自承載能力
5、結(jié)束語
對1408工作面回風(fēng)巷道的錨桿支護研究，不但有效改善了礦區(qū)回采巷道的圍巖狀況，提供了安全的生產(chǎn)環(huán)境，提高了工作效率，還減少了U型鋼材料的使用和巷道維護費用，減小了工人的勞動強度，為煤炭工業(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益和社會效益，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
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