錨桿巷道過陷落柱的支護(hù)技術(shù)研究

陳 凱

（晉煤集團(tuán)宏圣礦建安裝公司，山西 晉城 048000）

錨桿巷道過陷落柱的支護(hù)技術(shù)研究

陳 凱

（晉煤集團(tuán)宏圣礦建安裝公司，山西 晉城 048000）

本文根據(jù)趙莊煤礦1301工作面12014巷過陷落柱的情況，研究了錨桿、錨索、噴漿在過陷落柱的技術(shù)，并應(yīng)用于實(shí)踐，取得較好效果。

錨桿；支護(hù)；陷落柱

1 趙莊煤礦相關(guān)概況

1301綜采工作面采用大采高采煤工藝、三進(jìn)一回布置方式。工作面東側(cè)為兩條進(jìn)風(fēng)順槽，靠近的順槽為12011巷，較遠(yuǎn)的順槽為12013巷。工作面西側(cè)有兩條順槽，靠近的順槽為進(jìn)風(fēng)順槽（12012巷），掘進(jìn)時(shí)沿煤層頂板留底煤布置；12014巷為回風(fēng)順槽（瓦斯尾巷），掘進(jìn)時(shí)沿煤層頂板留底煤布置。12014巷為矩形斷面，凈寬4.7m，毛寬4.9m，凈高3.5m，毛高3.6m，掘進(jìn)斷面積17.64m2。12014巷掘至距開口位置約932m處時(shí)揭露一陷落柱，受陷落柱影響，巷道頂板破碎、離層、塌頂，兩幫擠出嚴(yán)重，必須對陷落柱區(qū)的巷道進(jìn)行錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)。

2 施工技術(shù)方案確定

為便于施工，巷道仍用矩形斷面。

2.1 必須保證錨桿、錨索在陷落柱區(qū)域頂板的可錨性

針對陷落柱內(nèi)頂板充填物為泥巖、砂巖等，膠結(jié)情況差，陷落柱附近可能有隱伏小斷層、裂隙、牽引褶曲、煤層傾角變大等地質(zhì)構(gòu)造，或者會出現(xiàn)巷道頂板淋水增大現(xiàn)象。因此，為保證巷道巖層頂板的可錨性，每掘進(jìn)3m，必須進(jìn)行錨桿錨固力試驗(yàn)；錨索預(yù)緊力保證根根達(dá)要求。若巷道內(nèi)頂板錨桿、錨索沒有可錨性時(shí)，則需另行制定支護(hù)設(shè)計(jì)方案。

2.2 縮小錨桿間排距，采用高強(qiáng)度錨桿全長錨固支護(hù)

陷落柱內(nèi)充填物膠結(jié)情況差、不連續(xù)面多，為提高頂板整體強(qiáng)度，采用高強(qiáng)度錨桿全長錨固支護(hù)，并縮小錨桿間排距。錨桿的主要作用是：1）通過錨桿提供的軸向力與切向力，提高不連續(xù)面的抗剪強(qiáng)度，阻止不連續(xù)面產(chǎn)生移動和滑動，通過提高結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度來提高節(jié)理巖體的整體強(qiáng)度、完整性、穩(wěn)定性，從而有效控制圍巖變形和破壞。2）錨桿采用全長錨固，通過錨固劑將錨桿桿體與孔壁粘結(jié)在一起，使錨桿隨著巖層移動承受拉力；當(dāng)巖層發(fā)生錯(cuò)動時(shí)，巖層與桿體共同起抗剪作用，阻止巖層滑動。

2.3 縮小錨索間排距，加強(qiáng)錨索的支護(hù)作用

陷落柱區(qū)頂板在錨桿不能伸入到關(guān)鍵承載層內(nèi)時(shí)，錨桿支護(hù)形成的次生承載層又不能完全保持穩(wěn)定的條件下，就須發(fā)揮錨索具有錨固深度大、錨固力大、可施加較大預(yù)緊力等優(yōu)點(diǎn)，必須進(jìn)行錨索加固、縮小錨索間排距、加強(qiáng)錨索的支護(hù)作用。錨索的主要作用有：將錨桿支護(hù)形成的次生承載層與深部圍巖的關(guān)鍵承載層相連，充分調(diào)動深部圍巖的承載能力；提高次生承載層的穩(wěn)定性，即使次生承載層發(fā)生斷裂、轉(zhuǎn)動時(shí)，也不會失穩(wěn)，防止頂板垮落。

2.4 巷道掘進(jìn)完畢后，必須及時(shí)噴槳處理

針對陷落柱內(nèi)頂板充填物為泥巖、砂巖等，膠結(jié)情況差，極易風(fēng)化的特點(diǎn)。巷道掘進(jìn)完畢后，必須及時(shí)噴漿封閉陷落柱內(nèi)膠結(jié)頂板，防止圍巖風(fēng)化、破碎，避免錨桿、錨索失效。再者，巷道噴漿后，一旦受壓變形即開裂掉皮，容易觀察頂板變形情況，便于及時(shí)采取加強(qiáng)支護(hù)措施。

3 陷落柱區(qū)錨網(wǎng)索噴組合支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述要求及分析：應(yīng)采用高強(qiáng)度、高剛度錨網(wǎng)索噴組合支護(hù)系統(tǒng)。高強(qiáng)度要求錨桿有較大破斷力，高剛度要求錨桿有較大預(yù)緊力、并實(shí)施全長錨固，組合支護(hù)要求采用鋼帶、金屬網(wǎng)等護(hù)表構(gòu)件。具體支護(hù)設(shè)計(jì)，見圖1。

圖1 過陷落柱錨桿支護(hù)示意圖

（1）頂板支護(hù)：錨桿桿體為22號左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2.4m，桿尾螺紋M24，錨桿排距800 mm，間距1100mm，每排5根錨桿。錨固方式：采用樹脂加長錨固，采用三支錨固劑，一支為K2335，兩支為Z2360，鉆孔直徑30mm，錨固力不小于100 kN，預(yù)緊力矩不小于400N·m。鋼筋托梁規(guī)格：采用Φ14mm的鋼筋焊接而成，寬度80mm，長度4.5m，在安裝錨桿的位置焊接兩段縱筋，縱筋間距100 mm，以便安裝錨桿；錨索規(guī)格：錨索采用Φ22mm鋼絞線，長度7.3m，每排2根，排距1.6m，鉆孔直徑30mm；三支錨固劑（一支為K2335，兩支為Z2360），錨固長度1 406mm，錨索預(yù)緊力不小于250 kN；托盤：采用拱形高強(qiáng)度托盤，規(guī)格為150mm×150mm×8mm。金屬網(wǎng)：采用5.1m×0.9m的金屬菱形網(wǎng)護(hù)頂。

（2）幫部支護(hù)：錨桿桿體為22號左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2.4m，桿尾螺紋M24，錨桿排距800 mm，間距950mm，每排4根錨桿，錨固方式：采用樹脂加長錨固，采用三支錨固劑，一支為K2335，兩支為Z2360，鉆孔直徑30mm，錨固力不小于100 kN，預(yù)緊力矩不小于400N·m。鋼筋托梁規(guī)格：采用Φ14 mm的鋼筋焊接而成，寬度80mm，長度2.1m和1.05m，在巷幫從上向下第3根錨桿處重疊安裝，安裝錨桿的位置焊接兩段縱筋，縱筋間距100mm，以便安裝錨桿。錨索規(guī)格：錨索采用Φ22mm鋼絞線，長度5.4m，每排2根，排距1.6m，鉆孔直徑30mm；三支錨固劑（一支為K2335，兩支為Z2360），錨固長度1406mm，錨索預(yù)緊力不小于250 kN。托盤：采用拱形高強(qiáng)度托盤，規(guī)格為150mm×150mm×8mm。金屬網(wǎng)采用3.6m×0.9m的金屬網(wǎng)護(hù)幫。

4 現(xiàn)場實(shí)施及使用效果

4.1 現(xiàn)場實(shí)施監(jiān)測

現(xiàn)場施工人員按照支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，并在巷道陷落柱區(qū)處安設(shè)一組綜合測站，監(jiān)測巷道表面位移變化及錨桿錨索的受力變化趨勢。圖2為巷道表面位移變化曲線圖，由圖分析可知：1）巷道基本穩(wěn)定后，頂板下沉量最大30mm，兩幫移近量最大151 mm，巷道沒發(fā)生大變形破壞，不需二次修復(fù)就能滿足安全使用要求；并且說明，錨桿間距1.1m、排距0.8m，錨索排距1.6m且錨桿錨索施加高預(yù)緊力等設(shè)計(jì)基本合理。

2）巷道頂幫采用C20的混凝土進(jìn)行噴漿封閉，阻止陷落柱區(qū)巷道頂幫巖石的風(fēng)化、破碎，保證了巷道頂板錨固區(qū)圍巖的完整性與穩(wěn)定性，避免了錨桿、錨索因巖石風(fēng)化造成的失效，從而有效控制圍巖變形和破壞。圖2中巷道頂板下沉量不足30mm，就是很好說明。

3）陷落柱內(nèi)充填物膠結(jié)情況差，不連續(xù)面多，為提高頂板的整體強(qiáng)度，采用高強(qiáng)度錨桿全長錨固支護(hù)，縮小錨桿間排距，且在錨桿、錨索施工時(shí)就及時(shí)地施加高預(yù)應(yīng)力，充分發(fā)揮了錨桿系統(tǒng)積極、主動支護(hù)巷道表面圍巖的效果，很好地控制了巷道圍巖的變形破壞，保證了巷道的安全使用。

圖2 巷道表面位移監(jiān)測變化曲線圖

圖3為巷道頂板錨桿、錨索受力監(jiān)測變化趨勢圖，其中1號-5號為錨桿測力計(jì)監(jiān)測結(jié)果，6號-7號為錨索測力計(jì)監(jiān)測結(jié)果。由圖可知：1）圖中錨桿、錨索受力沒有發(fā)生明顯變化，錨桿受力變化基本在6.0 t左右，錨索受力變化基本在18.5 t左右。2）錨桿錨索受力，比較穩(wěn)定，不是逐漸增大，這說明陷落柱區(qū)巷道頂板通過施加高預(yù)緊力錨桿、錨索錨固后，頂板沒有發(fā)生離層、破碎等現(xiàn)象，巷道完整性較好。3）錨桿、錨索施工時(shí)及時(shí)地施加高預(yù)應(yīng)力，起到應(yīng)有支護(hù)效果，基本控制巷道圍巖的離層、擴(kuò)容、破碎等變形，阻止巷道圍巖的進(jìn)一步破壞，保證了巷道圍巖的整體完整性；反過來講，巷道圍巖的整體完整性又減少了錨固區(qū)錨桿、錨索被動受擠壓和受力逐漸增大的趨勢?？偟膩砜矗簣D3中錨桿、錨索受力穩(wěn)定，說明本設(shè)計(jì)中要求錨桿預(yù)緊力矩400N.m、錨索預(yù)緊力250 kN是合理的。

圖3 巷道頂板錨桿錨索受力變化曲線圖

4.2 支護(hù)使用效果

1）通過采用上述錨網(wǎng)索噴組合支護(hù)系統(tǒng)，12014巷陷落柱區(qū)段巷道變形小、支護(hù)穩(wěn)定安全，完全滿足1301綜采工作面的瓦斯尾巷的使用。

2）12014巷陷落柱區(qū)段巷道與相鄰的12012巷（錨網(wǎng)索支護(hù)系統(tǒng)，沒進(jìn)行噴漿）相比，12012巷變形嚴(yán)重、頂板破碎、大面積形成網(wǎng)包，雖后期采用了架棚支護(hù)的補(bǔ)救措施，但是仍有多架棚受壓破裂，這說明了噴漿在過陷落柱錨桿支護(hù)中有著重要作用。

3）本陷落柱段巷道作為相鄰綜采工作面的瓦斯尾巷，在相鄰工作面回采時(shí)，基本不需再次開幫、起底等二次維護(hù)工作。因此，以上現(xiàn)場檢測結(jié)果和使用效果說明本巷道支護(hù)設(shè)計(jì)是合理的。

5 結(jié)論

（1）對于陷落柱區(qū)巷道，揭露的巖石易遇水風(fēng)化、破碎，必須及時(shí)進(jìn)行噴漿封閉，避免巷道表面巖石風(fēng)化、破碎，阻止錨桿錨索失效，從而保證頂板巖層的完整性。

（2）對于陷落柱區(qū)巷道，必須采用高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力一次支護(hù)理論，盡可能地一次支護(hù)就能保證陷落柱區(qū)巷道頂板的完整性，避免了巷道在離層、破碎等破壞后再進(jìn)行二次支護(hù)或維修。

（3）高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力錨桿錨索支護(hù)系統(tǒng)，預(yù)應(yīng)力是支護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵，只有提高支護(hù)系統(tǒng)的初期支護(hù)剛度和強(qiáng)度，才能有效控制圍巖變形，保持圍巖的完整性。

（4）本次巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)，一定程度上解決了陷落柱區(qū)巷道頂板的支護(hù)難題，設(shè)計(jì)具有示范性，可在類似條件有支護(hù)難題的巷道推廣應(yīng)用。

Support Technology of Anchor Roadway Passing Collapsing Columns

CHEN Kai

(Hongsheng Mine Construction and Installation Co.,Jincheng Coal Group,Jincheng Shanxi048000)

On the ground of 12014 roadway(1301 working face,Zhaozhuang Mine)passing collapsing columns,the study focused on the corresponding technology of anchor,cable and shotcrete.And the results were applied in the practice and achieved good effects.

anchor;support;collapsing columns

TD323+.7

A

1672-5050（2011）09-0047-03

2011-04-12

陳 凱（1973—），男，山西晉城人，大專，助理工程師，從事煤礦技術(shù)研究及管理工作。

劉新光