錨桿支護技術在復合頂板中的應用

1 復合巷道支護原理
　　包含著軟弱夾層的復合頂板不同層數之間結合力較小，容易發(fā)生脫層、冒落，難以形成整體性的共同承載，不適于應用型鋼支護，難于進行維修，同時頂板成為載荷體之后載荷傳遞到兩幫容易造成兩幫極軟煤體塑性區(qū)、破碎區(qū)的范圍擴大。而采用樹脂全長錨固高強錨桿時在錨固范圍內的1m延伸量能夠提供10kn支撐力，阻止復合頂板離層變形的同時還能夠避免復合頂板沿著弱面進行錯動，把符合頂板結構固定成為了整體，提高了承載體強度，剛度，提高了承載體整體的剛度和輕度，降低了下沉量。這種結構形式還能夠使深部的煤體處于三相應力狀態(tài)，這種應力狀態(tài)能夠提高巖體強度和承載能力，進一步降低兩幫維護的難度。
　　極軟煤層巷道兩幫煤體強度遠遠小于頂底巖板巖層強度，是整個巷道的圍巖承載結構中的薄弱結構，容易因為破壞喪失支撐能力。復合頂板極軟煤層巷道兩幫變形會影響頂板穩(wěn)定大規(guī)模的破壞區(qū)和塑性區(qū)煤體失去了復合頂板支撐，導致兩幫煤體破壞區(qū)復合頂板離層破壞和巖層承載能力的降低。
　　2 復合頂板
　　目前來看，學術上還沒有對于符合頂板的統(tǒng)一說法。比較主流的學術聲音認為復合頂板結構是軟硬巖互層或者有煤線和軟弱夾層存在，巖層之間結合力較低，弱面發(fā)育，容易發(fā)生頂板離層和冒頂。復合頂板支護的難度主要體現在巖層之間的結合力低和軟弱夾層導致支護不能夠固定到上部穩(wěn)定巖石層中，軟夾層的松動膨脹也會導致很大的垂直載荷，容易導致錨桿和錨固頂板整體垮落。
　　一些學者則認為復合頂板含數層軟弱夾層，不同層之間強度和剛度的不相等、分層之間粘合力小，容易脫離冒落，不能夠形成整體結構的共同承載，復合頂板極軟煤層巷道圍巖差異性很大，圍巖應力作用下容易出現頂板冒落等問題，不能夠形成整體承載結構，復合頂板容易發(fā)生離層破壞等情況，復合頂板下沉造成破壞，頂板兩幫之間相互作用，造成惡性循環(huán)。
　　復合頂板存在鮮明的特點，包括采煤層直接頂厚度增加，形成頂板壓力增加。同時符合頂板由于層狀結構導致均勻性差，軟硬相間，層理發(fā)育，層間粘合力較小，容易發(fā)生離層撓曲。同時煤層由于整合接觸，兩個煤層之間巖體以黑色粉細砂巖較為多見，巖性較軟，頂板支護存在很大的困難。
　　動壓巷道。是指未經受動壓力影響的井下巷道。動壓或者采動壓力是指礦山開采中形成的各種集中壓力。動壓巷道在掘進過程中多處于原始應力場靜壓狀態(tài)，各種集中壓力作用打破了原始平衡，巷道圍巖的中立重新分布導致圍巖的壓力增加和變形。
　　巷道圍巖應力變化主要體現在巖體內開掘導致的應力集中和回采引起的支撐壓力。研究支撐壓力就要研究支撐壓力區(qū)的峰值壓力作為確定支撐壓力的基本參數。
　　3 錨桿支護在復合頂板中的應用
　　傳統(tǒng)錨桿支護理論有懸吊理論、組合梁理論和組合拱理論等。復合頂板厚度較大，>2.5m時錨桿不能夠固定到頂板穩(wěn)定性巖層中，所以錨桿支護不能夠用懸吊理論解釋，而組合拱理論是針對拱形巷道圍巖的錨桿支護的，所以對于組合拱頂較厚的巨型回采巷道應該采用組合梁理論進行解釋和作為設計理論基礎。
　　平頂巷道層狀巖體可以看成是巷道兩幫作為支點的疊合梁，哇載荷使各層上下邊緣處于受壓、受拉狀態(tài)下。巷道頂板錨桿加固范圍內巖層厚度相同時組合梁最大拉應力和撓度是疊合梁應力和撓度的1/n和1/n2，所以錨桿固定形成的組合梁能夠降低頂板巖層中的拉應力，降低頂板下沉。
　　復合巷道的破壞機理。巷道頂板出現了大面積的卸壓區(qū)，也就是垂直應力降低區(qū)，巷道頂底板表面垂直應力下降至原始應力的1/4左右，頂板上海產生了水平拉應力，應力值大于巖石的抗拉輕度，一旦出現拉應力區(qū)容易損壞。這決定了巷道頂板的破壞形式是拉伸破壞，頂板本身結構脆弱，更加容易破壞。
　　全長粘接錨桿具有最佳支護效果，充分的發(fā)揮了錨桿的約束作用，提高了圍巖整體性和承載能力。錨網結合的支護方式在錨固平衡拱時能夠發(fā)揮最好的功能，這種支護形式能夠把錨桿、梁和網支護組成有機整體，提高圍巖整體性的同時還能夠降低巖石松動對錨桿支護造成的影響。
　　圍巖破壞的范圍和程度較大時錨桿支護需要通過錨桿加固維護額圍巖自身穩(wěn)定性，初次使用錨桿支護不能夠保證安全性，需要采取輔助支護措施，輔助支護金屬支架為主，能夠起到補強、防止冒頂的作用。
　　超前支護。困難條件下的煤巷從掘進至本回采工作面采動影響之前，其維護較為困難，無論是采用哪一種錨桿技術都不能夠達到理想的支護效果，需要采取超前支護措施保證支護效果。錨桿支護中的超前支護一般考慮巷道在掘進過程至受動影響之前的使用要求。
　　4 結語
　　復合頂板變形破壞的主要形式是支護不利導致的頂板初期離層量和下沉量大，頂板穩(wěn)定性惡化，同時復合板頂層巖層之間裂隙發(fā)育，不同層之間結合力小，導致頂板；離層、下沉并逐漸向頂板深部擴展最終導致破壞。進行錨樁支護時應該及時使用專門的風動扭矩放大器加強錨桿支護的預緊力同時適當增加錨索支護密度和錨索張拉力，這種錨索支護技術在復合頂板中的應用取得了很理想的實際效果，解決復合頂板支護問題效果較為理想，提高了礦井巷道的穩(wěn)定性，降低了維護費用，提高技術水平、獲取了較好的經濟效益的同時還提高了巷道的穩(wěn)定性和安全性。