巷道錨桿（索）讓壓支護(hù)技術(shù)研究

趙 飛

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)首陽煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048400）

我國煤炭資源的開采大都采用地下開采的方式。在地下開采中[1-2]，頂板的穩(wěn)定直接影響井下作業(yè)的安全和整個礦井的經(jīng)濟(jì)效益，必須采取合理的支護(hù)方式。當(dāng)圍巖應(yīng)力較高時，需對錨桿（索）支護(hù)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，因此研究錨（索）讓壓支護(hù)技術(shù)具有重要意義[3-5]。

1 工程概況

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)首陽煤業(yè)有限公司15203 工作面開采15#煤層，進(jìn)風(fēng)順槽凈寬5.0 m，凈高4.0 m。15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽圍巖狀態(tài)雖較好，但其所受地應(yīng)力較大，回風(fēng)順槽原支護(hù)方案采用普通錨桿、普通錨索和金屬網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，在工作面推進(jìn)過程中，發(fā)現(xiàn)錨桿和錨索出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象，威脅工作面作業(yè)安全。

2 錨桿讓壓支護(hù)作用機(jī)理分析

錨桿（索）支護(hù)技術(shù)雖然取得了一些成就，改善了巷道圍巖的受力狀態(tài)，但當(dāng)圍巖處于高應(yīng)力狀態(tài)下時，一些錨桿（索）出現(xiàn)拉斷破壞現(xiàn)象，且地應(yīng)力越大破壞現(xiàn)象越嚴(yán)重。根據(jù)支護(hù)作用理論，支護(hù)的最佳時機(jī)是圍巖產(chǎn)生一定的變形之后，此時圍巖的一部分應(yīng)力狀態(tài)得到釋放，支護(hù)后也可及時控制變形繼續(xù)發(fā)展，達(dá)到較為經(jīng)濟(jì)的支護(hù)效果，由此產(chǎn)生了錨桿（索）讓壓支護(hù)技術(shù)。

錨桿（索）讓壓支護(hù)作用原理是在錨桿（索）上安裝讓壓裝置，使錨桿（索）可適應(yīng)圍巖的大變形，保證錨桿（索）不被拉斷。當(dāng)圍巖變形過大時，錨桿（索）又提供可靠的支護(hù)阻力，大大改善圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用狀態(tài)。讓壓支護(hù)起到減震作用，巷道處于高應(yīng)力狀態(tài)時，圍巖內(nèi)積蓄大量的能量，可產(chǎn)生沖擊地壓和巖爆，威脅工作面的安全生產(chǎn)。錨桿（索）讓壓支護(hù)可吸收一部分震動能量，削弱沖擊波的破壞能力，減少支護(hù)結(jié)構(gòu)本身和工作面受沖擊波的影響程度，保證作業(yè)人員的安全。在錨桿（索）讓壓支護(hù)的作用下，巷道圍巖可形成三道抗沖擊防線，如圖1所示，分別是深部圍巖的塑性變形耗能、松散圍巖的吸波耗能和支護(hù)結(jié)構(gòu)的讓壓耗能。

圖1 讓壓支護(hù)抗震作用原理

3 支護(hù)方案

3.1 支護(hù)設(shè)計

采用圍巖分類指標(biāo)對15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽的圍巖進(jìn)行分類，分類結(jié)果為II ～I(xiàn)II 級中等穩(wěn)定圍巖。但15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽地應(yīng)力較大，為達(dá)到較為經(jīng)濟(jì)的支護(hù)效果，決定在15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽采用“讓壓錨桿+讓壓錨索+金屬網(wǎng)”的讓壓支護(hù)技術(shù)。按照巷道圍巖支護(hù)技術(shù)規(guī)范，并結(jié)合錨桿（索）讓壓支護(hù)技術(shù)原理，綜合理論計算法、以巷道圍巖穩(wěn)定性分類為基礎(chǔ)的工程類比法和以地質(zhì)力學(xué)條件為基礎(chǔ)的數(shù)值計算法，對15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計后支護(hù)斷面圖如圖2 所示，支護(hù)具體參數(shù)如下。

（1）錨桿

頂錨采用Ф20 mm×2400 mm 左旋螺紋鋼讓壓金屬錨桿，幫錨采用Ф20 mm×2400 mm 金屬錨桿和玻璃鋼錨桿，頂錨與幫錨鉆孔深度均為2350 mm，頂錨間排距1200 mm×1200 mm，幫錨間排距1200 mm×1200 mm，錨桿托盤采用150 mm×150 mm×8 mm 的穹形托盤。

（2）錨索

錨索布置在巷道頂板，采用Ф17.8 mm×6300 mm 的讓壓錨索，錨固深度為6100 mm，外露長度為200 mm，錨索托盤采用300 mm×300 mm×16 mm 的鋼板托盤。

（3）金屬網(wǎng)

頂網(wǎng)與幫網(wǎng)網(wǎng)孔規(guī)格分別為50 mm×50 mm 和100 mm×100 mm，金屬網(wǎng)之間采用16#鉛絲連接。

（4）支護(hù)注意事項

在巷道交叉點(diǎn)等位置可依據(jù)現(xiàn)場情況縮小錨桿間排距，以確保安全?？梢罁?jù)直接頂厚度和破碎程度確定支護(hù)方案，當(dāng)直接頂厚度＞5.0 m 且頂板完整時，采用上述支護(hù)方案；當(dāng)直接頂厚度＜5.0 m 時，縮小頂板錨桿（索）間排距，錨桿間排距＜1000 mm，錨索排距＜3000 mm（實(shí)際工作中，具體支護(hù)參數(shù)需根據(jù)地質(zhì)條件采用理論計算法進(jìn)行確定）；當(dāng)直接頂厚度＜5.0 m 且頂板破碎或遇斷層等地質(zhì)構(gòu)造段時，在上述基礎(chǔ)上，局部噴射混凝土密閉圍巖或采用棚式支護(hù)。

圖2 工作面進(jìn)風(fēng)順槽支護(hù)斷面圖

3.2 支護(hù)效果評價

在15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽掘進(jìn)時，每隔50 m 布置監(jiān)測傳感器對頂板離層量進(jìn)行監(jiān)測，共布置20 臺。

圖3 工作面進(jìn)風(fēng)順槽頂板離層量

選取8 個監(jiān)測站的離層量監(jiān)測數(shù)據(jù)對15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽的離層量進(jìn)行綜合評價，如圖3 所示。工作面頂板離層量控制在22～29 mm 之間，雖有一定的離層現(xiàn)象，但最大離層量控制在29 mm 左右，且隨工作面的推進(jìn)離層量逐漸趨于穩(wěn)定?？梢?，15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽采用“錨桿+錨索+金屬網(wǎng)”的讓壓支護(hù)技術(shù)取得了較好的支護(hù)效果。

4 結(jié) 論

針對15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽地應(yīng)力較大的問題，提出采用“讓壓錨桿+讓壓錨索+金屬網(wǎng)”的支護(hù)技術(shù)。通過監(jiān)測15203 工作面進(jìn)風(fēng)順槽頂板離層量，最大離層量控制在29 mm 左右，所采用的支護(hù)方案取得了較好的支護(hù)效果。