回采巷道錨桿錨索聯(lián)合支護技術(shù)研究

引言
　　2012年我國原煤生產(chǎn)量為35億t多，煤炭在我國一次能源的比例仍然占到70%左右，但是煤炭開采行業(yè)一直是國家安全事故的重災(zāi)區(qū)，煤礦的安全事故有瓦斯、頂板、水害、熱害等等，其中發(fā)生最為廣泛的安全事故是頂板事故。工作面回采巷道的掘進過程中，圍巖作用在棚式支架等被動支護體上的載荷巨大。現(xiàn)代支護理論要求圍巖不再是上覆圍巖的承載體，而是要求支護體與上覆圍巖成為一個共同承載體，共同抵御各類沖擊地壓。與傳統(tǒng)的被動支護相比，錨桿錨索是一種支護成本較低、施工方便、加固效果明顯的主動支護措施。但由于錨桿和錨索的延伸率和承載力不同，如何科學(xué)的組合設(shè)計錨桿、錨索和金屬網(wǎng)，以實現(xiàn)他們最佳的支護效果，是當(dāng)前煤炭企業(yè)亟需正確認(rèn)識和實踐的重要內(nèi)容。
　　1、錨桿錨索聯(lián)合支護作用機理
　　錨桿錨索聯(lián)合支護的前提是錨索的延伸量大于圍巖達到穩(wěn)定時的變形量。當(dāng)圍巖的穩(wěn)定性較好時，可以通過選擇合理的錨桿參數(shù)和支護方式，單獨使用錨桿支護就能保持圍巖的穩(wěn)定，但當(dāng)巷道頂板較差或涌水量大時，單獨采用錨桿支護加固作用非常小，支護體的承載能力較低，可能在頂板開始下降時就發(fā)生冒頂，這種情況采用錨桿錨索聯(lián)合支護，能夠保證巷道的穩(wěn)定性。
　　錨桿錨索聯(lián)合支護能夠在巷道頂部形成組合梁，并有效控制頂板的離層，因而巷道的跨度得到加大，頂板變形也能得到有效控制，安全狀況得到改善。采用錨索錨桿聯(lián)合支護可以增加巷道挖掘空間，加大錨桿的間排距，減少錨桿的用量，提高掘進速度，降低掘進成本，具有巨大的發(fā)展空間和良好的發(fā)展前景。
　　2、力學(xué)特性及其協(xié)調(diào)支護分析
　　巷道掘進后，圍巖松動范圍決定錨桿和錨索的長度，錨索一般是由鋼絞線組成，其延伸率低于5%，剛性較大；錨桿的延伸率一般為錨索的5倍左右，剛度較小，變形較大。從以上數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)巷道頂板發(fā)生沉降時，錨桿和錨索的受力是動態(tài)變化的，首先是錨索承受較大的內(nèi)力，超前于錨桿受力，易造成錨索受力集中，當(dāng)頂板進一步下沉?xí)r，錨索的受力集中現(xiàn)象將會更加明顯，當(dāng)達到錨索的受力極限時，錨索容易發(fā)生斷裂。如何實現(xiàn)錨桿錨索的同步，實現(xiàn)錨桿錨索的聯(lián)合支護，是錨桿錨索支護設(shè)計的重要內(nèi)容之一。若錨索預(yù)緊力過大，則圍巖的變形全部由錨索支撐；若錨索預(yù)緊力過小，則錨索的懸吊作用不明顯，一旦錨桿不能有效的支撐圍巖，則圍巖的過大變形不可避免。
　　3、煤巷錨桿錨索支護實踐
　　某礦110234工作面以南為尚未開采的實體煤層，以西為1104采區(qū)巷道，以東20m為井田邊界，位于-760m水平，回風(fēng)順槽掘進巷道位于南翼二采區(qū)，工作面走向長度為689m，傾向為198m，順槽巷道設(shè)計規(guī)格為4200×3300mm，凈斷面15.75m2，煤層傾角為6～11°。頂板為6根錨桿，間距800mm，錨桿排距參照間距確定為800mm。支護技術(shù)方案如圖1所示，其具體支護參數(shù)為：
　　1）頂板支護
　　使用左旋螺紋鋼高強錨桿，規(guī)格為Φ22mm×2400mm。加長樹脂錨固，鉆孔直徑為28mm，藥卷規(guī)格為1卷K2350，1卷Z2350，錨固長度1.76m，頂板配以W鋼帶梁和金屬網(wǎng)作為輔助支護，W鋼帶規(guī)格為（寬×厚×高）（150～200）mm×4.0mm×23mm，長度為4200mm，上有6個錨孔，錨孔間距等于錨桿間距，金屬網(wǎng)采用8#鉛絲編制的經(jīng)緯金屬網(wǎng)，規(guī)格為4400mm×1100mm。
　　頂板錨索：7股高強度低松弛鋼絞線制，直徑17.8mm，長7.2m，有效長度7.0m，排距1.6m。錨索之間用16～20號槽鋼連接，槽鋼長度只要大于錨索間距兩側(cè)各300mm即可，即為2800mm，錨索采用4卷Z2350樹脂錨固劑錨固，頂錨索施工時均需墊加長寬合適的木托盤，以增加錨索的延伸率，木托盤尺寸400mm×400mm，采用直徑14mm的圓鋼焊制的鋼筋梯子梁，再配以大鐵托盤。
　　2）巷幫支護
　　巷道上幫5根錨桿，下幫4根錨桿，間距為850mm，錨桿排距參照間距確定800mm。
　　兩幫：左旋螺紋鋼高強錨桿，規(guī)格為Φ20mmx2400mm，鉆孔直徑為28mm，加長錨固，每孔2個Z2350樹脂藥卷，選用金屬網(wǎng)和W鋼帶梁護幫，其材料和規(guī)格均與頂板相同，上幫W鋼帶長3700mm，金屬網(wǎng)尺寸為3700mm×1100mm；下幫W鋼帶長2900mm，金屬網(wǎng)尺寸為2099mm×1100mm。
　　幫錨索：采用7股高強度低松弛鋼絞線制，直徑17.8mm，長6.0m，有效長度5.5m。排距3.2m，錨索之間用16～20號槽鋼連接，槽鋼長度只要大于錨索間距兩側(cè)各300mm即可，即上幫為2300mm，下幫為1700mm，錨索采用4卷Z2350樹脂錨固劑錨固，錨固長度理論計算2.26m，在錨索錨固端2.2m處施加擋圈。
　　結(jié)束語
　　首先分析了錨桿錨索聯(lián)合支護作用機理，認(rèn)為錨桿錨索聯(lián)合支護在圍巖體上形成一種新的組合梁，從而形成一種主動支護效果。并對錨桿和錨索協(xié)調(diào)作用方式作了詳細的闡述，相關(guān)研究表明，聯(lián)合支護的效果發(fā)揮主要取決于支護參數(shù)的合理設(shè)置，只有在正確認(rèn)識錨桿錨索的力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，才能科學(xué)的設(shè)計出相關(guān)參數(shù)。本文最后結(jié)合煤巷回采巷道的支護，進行了相關(guān)參數(shù)的設(shè)計，實踐表明：錨桿錨索聯(lián)合支護技術(shù)能夠有效的維護巷道周邊圍巖的穩(wěn)定性，是一種支護成本較低、施工方便、加固效果明顯的主動支護形式，具有良好的應(yīng)用前景。