開灤礦區(qū)頂板錨索斷折的思考

耿友明 梁玉春

（河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河北 唐山 063000)

0 前言

T1493是開灤礦區(qū)唐山礦鐵一區(qū)9煤層最后余采的一個工作面，其采深大，圍巖條件及礦山壓力情況復(fù)雜，在開切眼巷道掘進(jìn)成巷短時間內(nèi)，便出現(xiàn)了局部頂板錨索支護(hù)斷開脫落的現(xiàn)象。鑒于此工作面為唐山礦區(qū)的主要備采面，一旦延擱銜接，對該礦的安全生產(chǎn)影響劇大。所以就很有必要對出現(xiàn)的錨索斷折現(xiàn)象進(jìn)行細(xì)致調(diào)研、綜合分析，最終提出技術(shù)解決方案，以保障該礦的正常銜接。

1 工程概況

唐山礦鐵一區(qū)9煤層位于京山鐵路煤柱西部。東與鐵二區(qū)本煤層工作面相鄰；西與岳胥區(qū)本煤層未采區(qū)相鄰；南與南翼十四水平及12號井系統(tǒng)相鄰；北與西翼十三、十四水平本煤層工作面相鄰。開采深度－670～－940m之間。

1.1 頂?shù)装迩闆r

（1）老頂:灰色中砂巖，厚度:8.5m,以石英、長石為主，硅質(zhì)膠結(jié)。

（2）直接頂:深灰色粉砂巖，厚度:5.5m，成分以粉砂質(zhì)為主，含少量泥質(zhì)。

（3）煤層:煤層結(jié)構(gòu)為復(fù)合結(jié)構(gòu)，屬8、9煤層合區(qū)，煤層沉積穩(wěn)定，煤層中有2-3層夾石。煤質(zhì)工業(yè)牌號為1/3焦煤。厚度:最小10.5m,最大13.3m,平均11.5m。

（4）直接底:灰黑色泥巖，厚度:5.5m，成分以泥質(zhì)為主，貝殼狀斷口。

（5）老底:深灰色砂質(zhì)泥巖,厚度:3.5m，泥質(zhì)為主，粉砂質(zhì)次之。水平層理明顯。

（6）頂板類（級）別:直接頂Ⅱ類，屬來壓明顯；老頂Ⅱ級，屬中等到穩(wěn)定。

1.2 支護(hù)設(shè)計(jì)

（1）開切眼工程量:155m；

（2）巷道斷面選型:矩形；局部地點(diǎn)偽傾角大時，斷面為倒梯形；

（3）巷道斷面尺寸:寬×高=7.6m×3.2m；

（4）巷道頂板錨索呈五花眼布置，錨索間距1.9m，錨索跨距2.1m；

（5）錨索材質(zhì):1×7股高強(qiáng)度低松馳預(yù)應(yīng)力鋼鉸線；

（6）錨索規(guī)格:直徑:15.24mm；長度10m，抗拉強(qiáng)度:1860MPa。

2 錨索折斷及原因分析

2.1 折斷情況

（1）折斷數(shù)量:23根，折斷率為17.3%；

（2）折斷位置:開切眼靠近采空區(qū)一側(cè)，距離軌道平巷47m～86m范圍內(nèi)；

（3）折斷范圍:首掘切眼超前刷面前4m～16m處——首掘切眼滯后刷面后12m～26m；

（4）斷口高度:最長 3.7m，最短 1.0m，平均 3.5m；位置多位于頂煤夾石中。

2.2 原因分析

（1）錨索質(zhì)量因素

錨索斷裂多發(fā)生在巷道頂板應(yīng)力集中區(qū)域，經(jīng)對同批次錨索與已折斷錨索進(jìn)行質(zhì)量檢測對比，沒有出現(xiàn)指標(biāo)偏離現(xiàn)象，表示錨索質(zhì)量合格。

（2）拉力因素

依據(jù)現(xiàn)場錨索的其他構(gòu)件變形不大，以及現(xiàn)場拉力測算值較小可以判斷出，本巷道區(qū)域內(nèi)錨索受拉力小于錨索應(yīng)力值，由此確定斷折并非為受拉力所致。

（3）剪切因素

通過對折斷錨索的斷口觀察來看，破壞形式顯示為剪切破壞，斷面傾角平均270；

（4）礦山壓力因素

巷道開挖后，壓力重新分布，煤壁深部出現(xiàn)支承壓力，而頂板巖層間在界面處有離層趨勢，錨索施加預(yù)緊力后，與圍巖將相互作用，當(dāng)煤層與夾石巖層出現(xiàn)離層，錨索將受到高強(qiáng)度的剪應(yīng)力的作用而斷折。

（5）工程因素

因錨索施工工時長，為避免與現(xiàn)場支護(hù)發(fā)生沖突，故在安排工序時，將其排在檢修班進(jìn)行，這樣一來，就造成巷道頂板煤層與巖層組合不及時，在技術(shù)因素中造成了煤層與巖層離層的趨勢。

小結(jié):

通過對錨索質(zhì)量、拉應(yīng)力測算、剪應(yīng)力、錨索斷口、礦山壓力以及工程技術(shù)因素的分析，可確定T1493工作面開切眼巷道內(nèi)錨索的斷折是由于在不同巖性的煤巖層交界處受到巖層離層滑移產(chǎn)生的剪應(yīng)力作用而斷折。

3 技術(shù)解決方案

3.1 減少頂板弱支護(hù)時間

不可否認(rèn)的是，及時支護(hù)是減少巷道圍巖位移、增加圍巖支承強(qiáng)度的必要措施，也是煤礦施工現(xiàn)場管理中時刻要求的要素?，F(xiàn)場施工目前已經(jīng)基本保證了掘進(jìn)支護(hù)時的及時性，而對加打錨索施工的及時性卻重視不足，究其原因，是沒有認(rèn)識到托煤頂作業(yè)的頂板是強(qiáng)度較低的煤層，而不是具備較高自承能力的直接頂，當(dāng)長度為2.4m的錨桿固入煤體后，其砌體梁厚度僅為2.4米，而其上近6m的煤層與夾石層并沒有得到強(qiáng)度的補(bǔ)強(qiáng)，處于弱支護(hù)狀態(tài)。一經(jīng)壓力釋放轉(zhuǎn)移，就會發(fā)生離層移動等顯現(xiàn)現(xiàn)象，這時再采取錨索支護(hù)，已經(jīng)錯失了抑制巖層離層和移動的最佳時機(jī)，從而才會出現(xiàn)開切眼巷道中錨索折斷的情況，如果這種現(xiàn)象蔓延下去的話，那么開切眼的寬斷面支護(hù)勢必會受到破壞，影響生產(chǎn)。

很明顯，減少頂板弱支護(hù)的時間是控制煤頂離層的重要措施。這就要求:現(xiàn)場施工中，要將錨索施工時間由檢修班調(diào)整至當(dāng)班班末。必要時可在首掘切眼中間補(bǔ)打加強(qiáng)錨索。在巷道無錨索支護(hù)區(qū)域則應(yīng)加打臺板等臨時支護(hù)支撐頂板，限制頂?shù)装灏l(fā)生位移；待錨索施工完成后再回撤倒用。

3.2 增加錨索支護(hù)密度

開切眼是長臂式回采工作面系統(tǒng)巷道中支護(hù)強(qiáng)度要求最高的巷道，其支護(hù)的完整性、斷面成型率對安設(shè)液壓支架影響頗大，如果開切眼支護(hù)質(zhì)量不過關(guān)，對回采生產(chǎn)的正常銜接的非常不利的。所以在成本預(yù)算合理的前提下，可以采取增加錨索支護(hù)密度的方法對煤層進(jìn)行增強(qiáng)支護(hù)，當(dāng)然這種措施的缺點(diǎn)也是很明顯的，比如增加了工人的勞動強(qiáng)度、降低了巷道的掘進(jìn)速度、增加了巷道的施工成本等。

3.3 增加錨索施工的預(yù)緊力

通過增加預(yù)緊力的方式，可以最大限度的限制頂板煤巖層之間的離層，降低了離層發(fā)生的幾率，從技術(shù)上是可行的，但是如果一味的增加預(yù)緊力，一方面對錨索本身強(qiáng)度的要求勢必會提高；另一方面，對煤體的二次破壞也是不容忽視的。這就需要我們在理論計(jì)算與現(xiàn)場施工壓力觀察過程中，盡量多的收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過分析、試驗(yàn)得到最佳的預(yù)緊力數(shù)值。

4 總結(jié)

根據(jù)現(xiàn)場施工觀察，錨索在采準(zhǔn)巷道的作用，尤其是在大采深、軟圍巖、折線形斷面巷道中，是相當(dāng)重要，因此錨索施工技術(shù)的改進(jìn)與研究就愈發(fā)顯得刻不容緩。理論上講，在正常條件下，即在巷道頂板為巖層的條件下，錨索滯后工作面是可行的，也是經(jīng)濟(jì)的；而在厚煤層采準(zhǔn)巷道的掘進(jìn)中，這種方法就沒能取得預(yù)想的支護(hù)效果，那么我們完全可以因地制宜的采取減少頂板弱支護(hù)時間、增加錨索支護(hù)密度、增加錨索施工的預(yù)緊力等技術(shù)方案改進(jìn)錨索在煤層頂板中的支護(hù)能力。這種嘗試是有價值、有必要、也是值得推廣的。

［1］錢鳴高,劉聽成.礦山壓力及其控制[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2003.

［2］高磊.礦山巖石力學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

［3］閏莫明，騰年保，夏建中.礦用錨索支護(hù)技術(shù)[J].北京:煤炭科學(xué)研究總院北京建井研究所，2003.

［4］宋宏偉.非連續(xù)巖體中錨桿橫向作用的新研究[J].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003.