【摘要】本文結(jié)合金能煤礦煤巷錨桿支護(hù)的以往經(jīng)驗(yàn)，分析了影響煤巷錨桿支護(hù)安全的主要因素，并提出了如何提高煤巷錨桿支護(hù)穩(wěn)定性的具體措施，對類似條件下巷道支護(hù)方案的確定具有一定的參考價(jià)值。
在當(dāng)前的煤礦巷道掘進(jìn)工序中，煤巷錨桿以其支護(hù)與加固兩種功能成為支護(hù)技術(shù)中的重要形式。文章以金能煤礦某工作面機(jī)巷為工程背景，就錨桿錨固力在煤巷圍巖中的支護(hù)作用進(jìn)行了深入探討。通過對該巷道原有支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，進(jìn)而提出了巷道錨桿支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，對類似巷道錨桿支護(hù)具有一定的參考意義。
1.大斷面巷道失穩(wěn)分析
金能煤礦某工作面機(jī)巷是采用錨桿支護(hù)的大斷面巷道，工作面推進(jìn)至機(jī)巷距1#聯(lián)絡(luò)巷向里222～236m處時(shí)（距工作面開切眼536m），巷道發(fā)生冒頂，冒頂長度14m，冒落體積達(dá)236.9m3，從現(xiàn)場冒落情況來看，巷道離層主要發(fā)生在距離巷道頂板約2m處的煤巖結(jié)合面，冒落處出現(xiàn)錨桿、錨索組合構(gòu)件被剪斷、壓穿等現(xiàn)象，冒落處附近的多處幫錨桿支護(hù)出現(xiàn)穿透托板失效現(xiàn)象。
1.1巷道頂?shù)装鍘r性及原支護(hù)設(shè)計(jì)
頂?shù)装鍘r性：巷道偽頂為泥巖、炭質(zhì)泥巖，厚度0.12～0.79m。直接頂為中粗砂巖，厚度2.84～5.12m，平均厚度3.86m，單向抗壓強(qiáng)度144～246kg/cm2，抗拉強(qiáng)度10～24kg/cm2，屬中等易冒落較穩(wěn)定巖層。底板以細(xì)粒砂巖和粉砂巖為主，巖石較完整，節(jié)理、裂隙不太發(fā)育。細(xì)粒砂巖單向抗壓強(qiáng)度151～572kg/cm2，粉砂巖267kg/cm2，抗拉強(qiáng)度11kg/cm2，屬中等較穩(wěn)定巖層。
巷道原支護(hù)設(shè)計(jì)：機(jī)巷設(shè)計(jì)斷面為異矩形，沿二煤頂板掘進(jìn)，巷道寬度5200mm，巷道中高3500mm，斷面積為18.2m2，采用錨桿、掛網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)。頂部采用Φ20mm×2300mm螺紋鋼錨桿支護(hù)，間排距900mm×850mm，錨索規(guī)格Φ15.24mm×8300mm的5×7鋼絞線，間排距2000mm×2000mm，托梁采用長度為400mm的14#槽鋼制成，每排布置3根錨索，兩幫采用Φ16mm×2000mm玻璃鋼錨桿支護(hù)，間排距900mm×850mm。
1.2大斷面巷道失穩(wěn)分析
基于頂板巖性特征分析：機(jī)巷設(shè)計(jì)沿二煤頂板掘進(jìn)，由于二煤偽頂為厚度0.3m的碳質(zhì)泥巖，層理發(fā)育，在掘進(jìn)過程中隨掘隨落。直接頂為粉砂巖，在空氣中水分或裂隙水作用下逐步軟化或潮解，使巖體膨脹，強(qiáng)度弱化，從而降低了頂板巖體穩(wěn)定性。
基于錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)分析：巷道頂板直接頂為碳質(zhì)泥巖與砂質(zhì)泥巖互層，其中夾有三層煤線，從現(xiàn)場冒落情況來看，錨桿錨固端位置正好處于第一層煤線與碳質(zhì)泥巖膠結(jié)處，支護(hù)錨桿長度不夠，從而導(dǎo)致錨桿懸吊作用減弱，使錨桿未能起到抑制頂板下沉的作用。
基于錨桿支護(hù)材料分析：巷幫的堅(jiān)固與否直接影響著頂板的穩(wěn)定性。雙重?cái)_動(dòng)影響下巷幫強(qiáng)度較弱的肩窩處在水平拉應(yīng)力的作用下承載能力減弱，在強(qiáng)度較為脆弱的玻璃鋼錨桿支護(hù)下，造成頂板失穩(wěn)破壞。
2.巷道錨桿支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)及支護(hù)效果控制
2.1巷道錨桿支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)
頂板控制：頂板弱面失穩(wěn)對巷道穩(wěn)定性有較大影響，巷道頂部應(yīng)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況適當(dāng)增加錨桿的長度，錨固在穩(wěn)定巖層內(nèi)。根據(jù)冒頂區(qū)域揭露的圍巖地質(zhì)條件，將頂部錨桿的長度增加到2500mm，采取有效措施給錨桿施加較大的預(yù)應(yīng)力，確保錨桿能錨固在堅(jiān)硬頂板中。錨桿的預(yù)應(yīng)力一般為錨索最大承載力的1/2左右較為合適。
托梁是頂板整體結(jié)構(gòu)形成的基礎(chǔ)，可以使點(diǎn)載荷均布，擴(kuò)大錨索的支護(hù)范圍，減少巷道表面由于頂板彎曲下沉造成的拉伸破壞作用。結(jié)合現(xiàn)場施工情況，將其變更為錨索托梁和單點(diǎn)錨索交替的五花型布置方式，即一排三根的錨索共同使用一根長度為4400mm的14#槽鋼托梁，錨索間排距為2000mm×3000mm；一排為兩根的錨索各使用一根長度為400mm的14#槽鋼短托梁，錨索間排距為2200mm×3000mm。
巷幫控制：巷幫支護(hù)效果直接影響頂板巖層的穩(wěn)定性。巷道開挖后在頂板形成大范圍松動(dòng)區(qū)、塑性區(qū)，降低對巷道圍巖的有效支撐，引起頂?shù)装鍘r層變形的顯著增加，加劇破壞程度。使用金屬錨桿進(jìn)行支護(hù)，減小巷幫松動(dòng)區(qū)、塑性區(qū)的形成范圍，增強(qiáng)巷幫對頂?shù)装宓闹巍?/div>
支護(hù)材料：調(diào)整支護(hù)材質(zhì)是提高支護(hù)質(zhì)量的根本。結(jié)合現(xiàn)場玻璃鋼錨桿被拉斷的情況，將頂錨桿優(yōu)化為Φ20mm×2600mm的螺紋鋼錨桿，兩幫錨桿由玻璃鋼錨桿優(yōu)化為Φ18mm×1800mm的端頭錨固圓鋼錨桿。通過增大錨桿直徑，適當(dāng)加長錨桿錨固長度提高錨桿的剛度，保證支護(hù)的可靠。支護(hù)優(yōu)化必須結(jié)合支護(hù)地點(diǎn)頂板和煤層條件，根據(jù)錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法采用高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)系統(tǒng)。頂錨桿采用抗拉強(qiáng)度為500MPa的Φ22mm×2500mm左旋無縱筋專用螺紋鋼錨桿，全長錨固。幫錨桿采用抗拉強(qiáng)度為500MPa的Φ20mm×2300mm左旋無縱筋專用螺紋鋼端頭錨桿，端頭錨固。頂部采用W鋼帶（W280-4700-3）幫部采用W型鋼護(hù)板（W280-450-5）來增大護(hù)頂面積和應(yīng)力擴(kuò)散范圍。
2.2支護(hù)效果控制
制定有效的頂板管理制度，強(qiáng)化現(xiàn)場施工，加強(qiáng)巷道頂板變形失穩(wěn)的監(jiān)測是控制支護(hù)效果的關(guān)鍵。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，制定靈活多變的加固性補(bǔ)強(qiáng)措施，保證支護(hù)安全。①嚴(yán)格控制巷道成形，采用光面爆破減少對圍巖的擾動(dòng)，最大限度保持圍巖的原始結(jié)構(gòu)狀態(tài)；②保證支護(hù)的及時(shí)性，巷道圍巖一旦揭露立即進(jìn)行錨桿支護(hù)，避免大面積松動(dòng)區(qū)、塑性區(qū)的形成對錨桿支護(hù)質(zhì)量造成影響；③強(qiáng)化錨桿施工質(zhì)量，提高鉆孔角度，保證鉆孔深度和錨桿安裝質(zhì)量，確保錨桿發(fā)揮作用。
3.結(jié)語
可見，文章通過對大斷面煤巷錨桿支護(hù)破壞失穩(wěn)原因分析，對回采巷道的支護(hù)方式進(jìn)行了合理優(yōu)化。實(shí)踐證明，優(yōu)化后的支護(hù)方案滿足了現(xiàn)場安全開采需要，在降低了回采巷道的維護(hù)量的同時(shí)，為礦井安全高效生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
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