淺談主動(dòng)超前支護(hù)的應(yīng)用

由于采面的開(kāi)采，在采后形成冒落區(qū)，采場(chǎng)上覆巖層載荷全部作用在工作面前方的煤壁和采后冒落的巖體上，這樣在工作面前方就形成了超前壓力區(qū)。為保護(hù)作業(yè)人員和設(shè)備的安全，防止采面上下巷頂板由于超前壓力冒落，必須采取超前支護(hù)?，F(xiàn)在煤礦中最長(zhǎng)用的超前支護(hù)方式就是單體支柱配鉸接頂梁，隨著煤礦開(kāi)采深度的增加，礦壓隨之增大、對(duì)采掘工藝和技術(shù)的要求也有所提高。

0.概況

東山礦161綜采隊(duì)現(xiàn)回采西采區(qū)7#層，采高4.3米，上下巷寬4.2米，高4米。本煤層開(kāi)采初期，上下巷均采用傳統(tǒng)的4米單體支柱配鉸接頂梁，距工作面10米內(nèi)打雙排，20米內(nèi)打單排的超前支護(hù)，但經(jīng)常出現(xiàn)折柱、斷柱現(xiàn)像，并且整個(gè)超前支護(hù)過(guò)程，都必須由人工進(jìn)行操作。由于支柱較長(zhǎng)，重量較大，操作比較難。折柱、斷柱就需要重新補(bǔ)打，不但造成人力、物力浪費(fèi)，同時(shí)也影響安全，甚至出現(xiàn)安全事故。 我礦根據(jù)7#層采高較大，上下巷較高的實(shí)際情礦，對(duì)超前支護(hù)進(jìn)行了改進(jìn)，變被動(dòng)支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)。即在掘進(jìn)階段就對(duì)采場(chǎng)上下巷打錨索加強(qiáng)支護(hù)，間排距均為2米。

1.錨索支護(hù)原理

錨索是采用有一定彎曲柔性的鋼絞線(xiàn)通過(guò)預(yù)先鉆出的鉆孔以一定的方式錨固在圍巖深部，外露端由工作錨通過(guò)壓緊托盤(pán)對(duì)圍巖進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)的一種手段。作為一種新型有效的加固形式，錨索在巷道支護(hù)中占有重要地位。其特點(diǎn)是錨固深度大、承載能力高，將下部不穩(wěn)定巖層錨固在上部的穩(wěn)定的巖層中，可靠性較大；可施加預(yù)應(yīng)力，主動(dòng)支護(hù)圍巖，因而可獲得可靠的比較理想的支護(hù)加固效果，其加固范圍、支護(hù)強(qiáng)度、可靠性是普通錨桿支護(hù)所無(wú)法比擬的。

錨索除具有普通錨桿的懸吊作用、組合梁作用、組合拱作用、楔固作用外，與普通錨桿不同的是對(duì)頂板進(jìn)行深部錨固而產(chǎn)生強(qiáng)力懸吊作用。并且沿巷道縱軸線(xiàn)形成連續(xù)支撐點(diǎn)，以大預(yù)緊力減緩頂板變形擴(kuò)張。

在采掘現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)于圍巖松動(dòng)圈大，巷道圍巖節(jié)理發(fā)育、頂板破碎及偽頂較厚等復(fù)雜頂板條件下的巷道支護(hù)，通過(guò)錨桿對(duì)松動(dòng)圈內(nèi)的圍巖進(jìn)行組合梁加固和錨索的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，將其錨固到頂板深部。由于錨索支護(hù)給頂板的高預(yù)緊力和它的高承載能力，使頂板由錨桿支護(hù)形成的組合梁得到進(jìn)一步加強(qiáng)，并將其牢固的懸吊在上部直接頂與老頂內(nèi)。同時(shí)，這種加強(qiáng)錨桿支護(hù)所形成的組合梁對(duì)上部直接頂或老頂也進(jìn)行了保護(hù)，阻止了他的下沉移動(dòng)和松動(dòng)擴(kuò)展。使相鄰的錨桿、錨索的作用力相互疊加，形成一個(gè)新巖梁。這個(gè)巖梁的厚度、剛度、層間抗剪強(qiáng)度成倍增加，使頂板壓力通過(guò)巷道煤幫向煤體深部轉(zhuǎn)移。改善巷道受力條件，使頂板得到有效控制，片幫問(wèn)題也得到較好的解。

2.壓力計(jì)算

R0=1/2×（a2+H2）0.5

=0.5×（4.2×4.2+4×4）0.5

=2.89m

Rp=R0（γ頂Z/（γ頂ZsinΦ+CcosΦ）0.5

=2.89×[2500×480÷（2500×480×0.707+4×0.707）]0.5

=3.437

Q頂=γ頂（Rp-H/2）

=2.5×（3.437-4÷2）

=4.2175

上下巷超前段頂板載荷：（動(dòng)壓影響一般取靜壓時(shí)的2～4倍，這里取3）

Q上、Q下=3×Q頂

=3×4.2175

=12.6525 頂板總壓力：

單位長(zhǎng)度支護(hù)承載頂板壓力：

F頂=a×Q（kN）

=4.2×12.6525

=53.1405 進(jìn)風(fēng)錨網(wǎng)支護(hù)：

Pt=F/S

=F錨/a（kN/m2）

=53.1405÷4.2

=12.6525

式中：

γ頂—頂板巖石平均容重，kg/m3；

η—補(bǔ)強(qiáng)錨索支護(hù)效率，%；

Rp—塑性區(qū)半徑，m；

Q頂—靜壓情況下頂板載荷，kN/m2；

Z—巷道埋藏深度，m；

R0—矩形巷道外接圓半徑，m；

Φ—摩擦角，取45°；

C—粘結(jié)系數(shù)，取4；

H—巷道高度，m；

a—巷道寬度，m；

L—超前維護(hù)距離，m；

Q上、Q下—上、下巷超前段頂板載荷，kN/m2；

n補(bǔ)—補(bǔ)強(qiáng)錨索數(shù)，根；

N破—補(bǔ)強(qiáng)錨索的破斷力，kN；

F—上下巷支護(hù)單位長(zhǎng)度承載的頂板壓力，kN；

Pt—上、下巷頂板載荷，kN/m2；

錨索的最大支撐力為260KN

錨索的密度可以利用下式計(jì)算：

n=Pt/260

=7.145/260=0.02748

式中：

n—錨索密度，根/m2

Pt—上下巷頂板載荷，KN/m2

n實(shí)=1

式中：

n實(shí)—實(shí)際支護(hù)密度，根/m2

n實(shí)>n，所以超前支護(hù)符合要求。