厚煤層大采高綜采工作面采場圍巖的穩(wěn)定性

摘 要：在厚煤層的開采中，大采高綜采技術(shù)的應用較為廣泛，是開采工藝發(fā)展的結(jié)果。但大采高綜采對圍巖同樣具有一定的破壞性，采用控制技術(shù)確保圍巖的穩(wěn)定性已成為煤炭開采亟需解決的問題。

關(guān)鍵詞：厚煤層；大采高綜采；工作面；采場圍巖；穩(wěn)定性；

中圖分類號：TD82 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-03-00-01

厚煤層大采高綜采中，確保工作面采場圍巖的穩(wěn)定性是一項長期的工作，涉及一系列控制措施和參數(shù)的選擇。由于篇幅的限制，本文僅從預應力錨索支護參數(shù)的選擇來論述厚煤層大采高綜采工作面采場圍巖的穩(wěn)定性。

一、注重預應力錨索支護參數(shù)的選擇

（一）錨索預應力。錨索支護分為錨桿與錨索聯(lián)合支護、全錨索支護，所以錨索預應力分為錨索與錨桿預應力、錨索之間的預應力。預應力是錨索的關(guān)鍵參數(shù)，是形成相互重疊、相互連接的壓應力結(jié)構(gòu)的核心要素。錨索預應力大小與錨索的強度、直徑、長度等錨索參數(shù)密切相關(guān)，且錨索預應力分別與這些參數(shù)的大小正相關(guān)。在我國的井巷工程中，錨索預應力是其拉斷載荷的40～70%，這與張拉設(shè)備、巷道圍巖條件以及錨索材料有著密切的關(guān)聯(lián)性。如果錨索的拉斷載荷是260KN（直徑15.2mm，結(jié)構(gòu)1×7），那么錨索預應力是104～182KN；如果錨索的拉斷載荷是582KN（直徑21.8mm，結(jié)構(gòu)1×19），那么錨索預應力是233～407KN。

（二）錨索長度。為了確保錨索錨固力達到設(shè)計要求，錨索應錨固在較穩(wěn)定巖層中，這是確定錨索長度時首先應滿足的前提條件。同時，應盡量減少錨索長度，這是因為錨索長度越長，錨索預應力的主動支護性就越差，甚至喪失其應有的作用。也就是說，在預應力一樣的情況下，長錨索主動支護性能就明顯低于短錨索。要想發(fā)揮長錨索的作用，只有不斷加大錨索預應力，這也是通過加大預應力減少錨索長度的理論基礎(chǔ)[1]。在一般的井巷工程中，錨索不宜過長，應控制在4～6m的范圍內(nèi)。

（三）錨索直徑 錨索直徑可根據(jù)錨索鉆孔直徑來進行確定，兩者相差6～10mm，只有這樣才能確保錨索索體直徑應與鉆孔直徑匹配。比如，錨索鉆孔直徑是30mm，那么錨索直徑應在20-24mm的范圍內(nèi)。

（四）錨索載荷。錨索載荷與其直徑、材料、結(jié)構(gòu)相關(guān)，任何一個關(guān)聯(lián)要素的變化都會導致錨索載荷發(fā)生較大的變化。比如，直徑15.2mm、拉斷強度1860MP、結(jié)構(gòu)1×7的錨索，其載荷僅為直徑21.8mm、拉斷強度1860MP、結(jié)構(gòu)1×19錨索載荷的44.7%。在復雜困難或錨索預應力要求較高的井巷工程中，應盡量采用拉斷強度高、直徑大、非傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的錨索。

（五）錨索密度的確定方法。錨索密度與錨索的拉斷載荷、長度、預應力以及錨桿支護作用的大小有關(guān)。錨索密度應首先滿足安全、支護效果的需要，在滿足上述要求的情況下，可通過提高錨索的拉斷載荷、長度、預應力來降低錨索密度。如果聯(lián)合使用錨桿進行支護，應充分發(fā)揮錨桿的支護作用，降低錨索的支護壓力，繼而通過增大錨索間排距來降低錨索密度[2]?？偟膩碚f，應根據(jù)錨索的拉斷載荷、長度、預應力以及錨桿支護作用來確定錨索密度。

二、存在的問題及改進建議

隨著大采高綜采技術(shù)的發(fā)展，許多圍巖不穩(wěn)的問題迎刃而解，但就預應力錨索支護參數(shù)的確定而言，還存在大量的問題，本文指正了這些問題，并提出相應的改進建議。

（一）還沒有形成一套完整的理論來闡述錨索與圍巖相互作用關(guān)系、與錨桿的協(xié)調(diào)支護作用，對支護機理的詮釋還不夠系統(tǒng)，相關(guān)的理論和說明亟待進一步研究和考證。

（二）部分井巷工程過度強調(diào)錨索的支護作用，導致錨桿的支護作用得到有效發(fā)揮，造成支護材料的浪費。對錨索支護參數(shù)缺乏系統(tǒng)的研究，不能有效降低錨索的密度和長度，嚴重影響錨索的支護性能。

（三）錨索支護材料較少、結(jié)構(gòu)較為單一，不能有效應對不同的圍巖條件，應不斷開發(fā)新的錨索結(jié)構(gòu)，尋找新的錨索支護材料，確保錨索的標準化、系列化發(fā)展。

（四）缺乏高性能的施加設(shè)備，影響高噸位、大直徑錨索的施工，應完善施加設(shè)備的結(jié)構(gòu)與性能，支撐錨索載荷的提升[3]。

（五）錨索安裝質(zhì)量、速度有待進一步提高，預應力損失嚴重，應優(yōu)化錨索施工工藝，從技術(shù)的角度來降低預應力的損失，在預應力滿足設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，提升錨索安裝的質(zhì)量、速度。

（六）還沒有形成科學的錨索工況、受力監(jiān)測，不能對支護效果和安全進行實時的監(jiān)督和控制，應逐步完善信息反饋機制，提升監(jiān)測的信息化水平。

（七）應進一步完善相關(guān)的法律法規(guī)，從法律或政策層面來約束預應力錨索各項支護參數(shù)的確定，確保井巷工程的支護效果和安全性。

三、結(jié)論

（一）預應力錨索對圍巖施加壓應力，利用深部圍巖和外部圍巖的承載能力來構(gòu)建巷道圍巖中的支護應力場。支護類型的不同，預應力承載結(jié)構(gòu)不同，或是錨索之間形成的承載結(jié)構(gòu)，或是錨桿與錨索之間的承載結(jié)構(gòu)，其目的是保持圍巖的完整性，防止圍巖的擴容變形影響井巷工程的施工安全。

（二）預應力是錨索的關(guān)鍵參數(shù)，是形成相互重疊、相互連接的壓應力結(jié)構(gòu)的核心要素。預應力的大小一般是錨索拉斷載荷的40～70%，與錨索的密度、結(jié)構(gòu)、長度密切關(guān)聯(lián)。錨索并不是越長越好，通常是4～6m，可通過提高預應力來降低錨索的長度。

（三）不同的巷道圍巖條件，對錨索的材料、結(jié)構(gòu)、密度、直徑、長度的要求不同，應根據(jù)巷道具體的圍巖條件，按照相應的方法來確定各項參數(shù)。

（四）在井巷工程中，錨索預應力損失幾乎無可避免，但仍可采用相應的措施來降低損失，這是錨索預應力施加的關(guān)鍵。

（五）在井巷工程中，可采用新的錨索來解決巷道支護難題，例如小孔徑樹脂錨固預應力錨索，其大規(guī)模的推廣與應用，對錨桿支護應用范圍的擴大也大有幫助。

（六）預應力錨索支護參數(shù)的確定事關(guān)錨索與錨桿協(xié)調(diào)作用的發(fā)揮、錨索支護參數(shù)的優(yōu)化、錨索材料的選擇、施工機具的性能、錨索支護規(guī)范、錨索與錨桿協(xié)調(diào)作用的發(fā)揮、錨索結(jié)構(gòu)以及監(jiān)測對象的選擇等方面，對井巷工程意義重大，應在以后的工作中加大研究力度。

參考文獻：

[1]朱濤.軟煤層大采高綜采采場圍巖控制理論及技術(shù)研究[D].太原理工大學，2010.

[2]劉長友，黃炳香，常興民等.極軟厚煤層大采高臺階式綜采端面煤巖穩(wěn)定性控制研究[J].中國礦業(yè)大學學報，2008，37（6）：734-739.