論采空區(qū)下錨桿支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)手段

宋海波+張志勇

摘要：本文針對(duì)某礦采空區(qū)下破碎不穩(wěn)定頂板煤巷的特征，通過(guò)對(duì)破碎不穩(wěn)定頂板煤巷錨桿支護(hù)理論進(jìn)行分析，采用高強(qiáng)度錨桿支護(hù)系統(tǒng)，使巷道圍巖保持穩(wěn)定，滿足了正常生產(chǎn)需要。

關(guān)鍵詞：錨桿支護(hù)；煤巷；采動(dòng)影響

一、概述

某礦6204工作面，位于上覆B6槽煤采空區(qū)下方。B4槽與B6槽垂直間距為30m左右，上覆B6采動(dòng)影響導(dǎo)致B4槽頂板破碎，圍巖應(yīng)力重新分布造成巷道圍巖變形持續(xù)變化和增加。6204順槽錨桿方案設(shè)計(jì)和參數(shù)，選取基于6204工作面煤層賦存特征說(shuō)明及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，在保證支護(hù)安全的前提下，兼顧巷道的快速掘進(jìn)，進(jìn)行了針對(duì)性的分析，并通過(guò)相應(yīng)的理論分析和計(jì)算，結(jié)合一定的工程實(shí)踐積累而確定。

（一）地質(zhì)概況

6204工作面對(duì)應(yīng)地面標(biāo)高+20m，順槽標(biāo)高-612m，對(duì)應(yīng)地面位置為堤壩。6204工作面對(duì)應(yīng)的上覆B6煤已回采。工作面走向長(zhǎng)550m。B4煤為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的中厚煤層，平均煤厚3.5m，局部有夾矸插入體及底鼓變薄帶，煤層靠中下部含一層0.4m厚的軟分層。施工段煤巖層產(chǎn)狀變化較大，煤層傾角25～32°，平均28°。

（二）巷道維護(hù)特點(diǎn)

1.巷道位于B6槽保護(hù)層開(kāi)采采空區(qū)下方，由于煤層回采對(duì)底板的破壞，B4槽煤層頂板將比較破碎，穩(wěn)定性差。受上覆煤層采動(dòng)影響，圍巖應(yīng)力重新分布，巷道圍巖變形會(huì)持續(xù)變化和增加，對(duì)支護(hù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性影響很大。

2.巷道埋深達(dá)到了550m，地壓較大，底鼓和兩幫變形都很強(qiáng)烈。底板在近乎無(wú)約束狀態(tài)將發(fā)生強(qiáng)烈破壞，只能通過(guò)加強(qiáng)兩幫及底角來(lái)減緩底鼓，難以從根本上控制底板變形，因此控制底板巖層離層鼓起失穩(wěn)的難度非常大。

3.煤層傾角大，最大傾角達(dá)到了32°，高幫高度最大為3.8m，剪應(yīng)力效應(yīng)明顯，高幫煤體易滑落失穩(wěn)，給支護(hù)帶來(lái)了一定的難度。

4.巷道直接頂為3～4m的砂質(zhì)泥巖，頂板較完整，但小構(gòu)造發(fā)育，地應(yīng)力相對(duì)集中，對(duì)正常掘進(jìn)影響很大，頂板管理相對(duì)困難。煤層硬度中等偏軟，幫部成型自穩(wěn)能力差，后期受采動(dòng)影響破壞變形失穩(wěn)速度快，承載能力低，因此幫部圍巖控制要求高。

5.綜掘機(jī)掘進(jìn)，對(duì)頂?shù)装鍘r層破壞擾動(dòng)較小，有利于保持圍巖的完整性。

綜上所述，該巷道屬于采空區(qū)下大跨度松軟煤層巷道圍巖穩(wěn)定性控制問(wèn)題，兩幫及底板的控制難度都很大，頂板的安全狀況差，是煤巷錨桿支護(hù)所面臨的突出難解決的課題之一，必須引起高度重視，該類巷道圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)研究具有一定的挑戰(zhàn)性。

二、巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)原理

本巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)，采用的錨桿強(qiáng)化控制技術(shù)原理，包括巷道圍巖應(yīng)力場(chǎng)優(yōu)化、破裂圍巖體強(qiáng)度強(qiáng)化、錨桿支護(hù)承載性能強(qiáng)化和圍巖承載結(jié)構(gòu)強(qiáng)化。

三、錨桿支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)手段

（一）高性能超高強(qiáng)錨桿：采用IV級(jí)錨桿專用螺紋鋼加工而成的高性能錨桿，抗破斷強(qiáng)度更高，支護(hù)剛度更大，限制變形更加有力，針對(duì)巷道急劇膨脹擴(kuò)容產(chǎn)生的高應(yīng)力控制效果會(huì)更有效。

（二）大托盤：錨桿采用新型大托盤、錨索采用400×400 mm的大托盤，增大護(hù)表面積，減輕目前所用的普通小托盤與圍巖局部小面積接觸而產(chǎn)生的點(diǎn)載荷作用，防止圍巖擠壓破損，將對(duì)松散層裂破碎巖體起到較好的維護(hù)效果。

（三）新型阻尼螺母：能提供較大扭矩，與高性能預(yù)拉力錨桿配套，提高錨桿安裝過(guò)程的可靠性，保證支護(hù)系統(tǒng)整體安全可靠。

（四）高預(yù)緊力：采用MOS-90J2型氣扳機(jī)可以實(shí)現(xiàn)錨桿8～10 t的高預(yù)緊力，有效增加錨桿對(duì)巷道圍巖支護(hù)初期的控制作用，提升錨桿支護(hù)的作用級(jí)別。

四、整體方案設(shè)計(jì)

為保證巷道在最終變形后能滿足通風(fēng)、行人等安全生產(chǎn)需要，預(yù)留巷道斷面以滿足變形的要求，順槽斷面確定為矩形：凈寬×下幫高=4.8m×1.6m；

（一）巷道頂板采用6根IV級(jí)左旋錨桿專用螺紋鋼超高強(qiáng)預(yù)拉力錨桿加4.8m長(zhǎng)M4型鋼帶、Ф6mm鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。錨桿間距900mm，排距900mm。錨桿預(yù)緊力不低于50kN，錨固力不低于120 kN。錨桿采用200×200mm的新型大托盤。

（二）巷道低幫采用3根左旋錨桿專用螺紋鋼超高強(qiáng)預(yù)拉力錨桿加1.6m長(zhǎng)M4型鋼帶、菱形金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。錨桿間距為700mm，排距為900mm。錨桿預(yù)緊力不低于50kN，錨固力不低于80 kN。錨桿托盤采用130×150mm的新型托盤。

（三）巷道高幫采用5根左旋錨桿專用螺紋鋼超高強(qiáng)預(yù)拉力錨桿加1.6m長(zhǎng)M4型鋼帶、菱形金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，錨桿間距為700mm。錨桿預(yù)緊力不低于50kN，錨固力不低于80 kN。高幫下部?jī)筛^桿滯后迎頭不得超過(guò)10m。

（四）每隔兩排錨桿在頂板中間位置布置一套單體錨索，鋼絞線規(guī)格為Φ17.8×6.3m。錨索排距1.8m，預(yù)緊力60～70kN，錨固力不低于200kN，托盤采用400mm×400mm的大托盤，單體錨索緊跟迎頭施工安裝。每隔2排錨桿布置一套錨索梁，沿頂板中線兩側(cè)各0.9m布置錨索鉆孔，鋼絞線規(guī)格為Φ17.8×6.3m，2.2m輕型槽鋼上兩眼間距1.8m。預(yù)緊力80～100kN，錨固力不低于200kN。錨索梁排距為1.8m，錨索梁滯后迎頭3～5m進(jìn)行施工安裝。

五、經(jīng)濟(jì)效益分析

6204順槽采用高性能超高強(qiáng)錨桿支護(hù)，它與該礦在采空區(qū)下破碎不穩(wěn)定頂板巷道一直采用的U型棚支護(hù)直接成本相比較：節(jié)約支護(hù)材料費(fèi)用為150萬(wàn)元，節(jié)省巷道維修費(fèi)44萬(wàn)元。預(yù)計(jì)6204順槽采用高強(qiáng)錨桿支護(hù)所創(chuàng)直接經(jīng)濟(jì)效益為200萬(wàn)元。

六、結(jié)語(yǔ)

采用高性能超高強(qiáng)錨桿支護(hù)，成功地解決了采空區(qū)下巷道礦壓大，變形嚴(yán)重和巷道維修工程量大的問(wèn)題，同時(shí)減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，為巷道快速掘進(jìn)和快速回采提供了更好的條件。endprint