锚杆锚索联合支护在回采巷道中的应用

锚杆锚索联合支护在回采巷道中的应用

赵善良

淮北矿业童亭煤矿 235137

摘要：近年来，煤巷锚网支护及技术到飞速发展，普遍认识到锚杆锚索联合支护是巷道支护的先进技术，是巷道支护技术的一个重要发展方向，锚杆支护技术作为一种新的回采巷道支护技术，以及优越性得到煤矿企业的广泛应用，本文主要介绍了煤巷锚杆支护的设计理论以及在现场的实际应用效果。

关键词：锚杆支护 设计理论 应用 效果

1.工程概况

童亭煤矿1095工作面位于二叠系山西组10煤层中，顶板局部含有一层伪顶，直接顶为粉砂岩，老顶为砂质泥岩，底板为粉砂岩。机巷、风巷及切眼均为矩形断面，巷道设计机风巷宽4.0m，高3.0m，切眼宽7.0m。

2.锚杆（索）支护原理

按现有支护理论，锚网索支护主要有悬吊理论、组合梁理论、加固拱理论、构造应力作用理论等。

2.1悬吊理论

悬吊理论认为：锚杆支护的作用就是将巷道顶板软弱岩层悬吊在上部稳定岩层上，以增强软弱岩层的稳定性，其原理如图1所示。

这种支护理论应用比较广泛，但存在以下缺点：

㈠锚杆受力只有当松散岩层或不稳定岩块完全与稳定岩层脱离的情况下等于破碎岩层的重量，而这种条件在巷道中并不多见。

⑵没有考虑锚杆安设后对破碎岩层变形和离层的控制作用，特别是当水平应力比较大时，顶板离层很大，为了减少破碎岩层的离层，保持顶板稳定性，锚杆工作阻力必须增大。

⑶当锚杆穿过破碎岩层时，锚杆提供的径向和切向约束会不同程度的提高破碎岩层的整体强度，使其具有一定的承载能力，从而减少锚杆受力。

图1悬吊理论示意图

总之，悬吊理论在分析过程中不考虑围岩的自承能力，而是将锚固体与原岩体分开，与实际情况有一定差距，悬吊理论只适用于巷道顶板，不适应巷道帮、底。

2.2组合梁理论

组合梁理论认为：如果顶板岩层中存在若干分层，顶板锚杆的作用，一方面是依靠锚杆的锚固力增加各岩层间的摩擦力，防止岩层沿层面滑动；另一方面，锚杆杆体可增加岩层间的抗剪刚度，防止岩层间的水平错动，从而将巷道顶板的锚固范围内的几个薄岩层锁紧成一个较厚的岩层（组合梁），如图2所示。

组合梁理论充分考虑了锚杆对离层及滑动的约束作用，原理上对锚杆作用分析的比较全面，但它存在以下缺点：

⑴组合梁有效厚度很难确定，它涉及到影响锚杆支护的众多因素，目前还没有办法可较可靠地估计有效组合的厚度。

⑵没有考虑水平应力对组合梁强度、稳定性及锚杆荷载的作用。在水平应力较大的巷道中，水平应力是顶板破坏失稳的主要原因。

图2组合梁理论示意图

2.3组合拱理论

组合拱理论认为：在拱形巷道围岩的破裂区中安装锚杆时，在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力，如果沿巷道周边布置锚杆群，只要锚杆间距足够小，各个锚杆形成的压应力圆锥体将互相交错，就能在岩体中形成一个均匀的压缩带，即承压拱，这个承压拱可有承受其上部破碎岩石施加的径向荷载。在承压拱内的岩石径向及切向均受压，处于三向应力状态，其围岩强度得到提高，支撑能力也相应加大，如图3所示。

组合梁理论充分考虑了锚杆支护的整体作用，在软弱煤层中得到广泛应用，但也同样存在缺陷：

⑴加固拱厚度涉及的影响因素多，很难准确估计。

⑵加固拱厚度远小于巷道跨度时，加固拱是否发生破坏不仅与其强度有关，更主要取决于加固拱的稳定性，在该理论中没有考虑。

图3组合拱理论示意图

2.4构造应力作用理论

构造应力作用理论即最大水平应力理论，该理论认为矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平应力具有明显的方向性，最大水平应力一般为最小水平应力的1.5~2.5倍，巷道顶底板的稳定性主要受水平应力影响，且有三个特点：

⑴与最大水平应力平行的巷道受水平应力影响最小，顶底板稳定性最好。

⑵与最大水平应力呈锐角相交的巷道，其顶底板变形破坏偏向巷道某一帮。

⑶与最大水平应力垂直的巷道，顶底板稳定性最差。

在最大水平应力作用下，顶底板岩层易于发生破坏，出现错动与松动而膨胀造成围岩变形，锚杆的作用即是约束其沿轴向岩层膨胀和垂直于轴向的岩层剪切错动，因此要求锚杆必须具备强度大、刚度大、抗剪阻力大，才能起约束围岩变形的作用。

3.施工设计方案

锚杆支护参数设计方法有工程类比法、理论设计法、数值计算法、监测法等。根据临近矿井及原有巷道施工后监测效果，1095工作面采用工程类比法与监测法相配合，确定支护方案为：Ø20mm-L2400mm（帮2000mm）无纵筋左旋高强螺纹钢锚杆、帮顶采用M4钢带作为组合构件、Ø17.8－L6300mm锚索、帮顶每根锚杆采用两卷水基树脂锚固剂，每根锚索采用一卷快速两卷中速水基树脂锚固剂进行锚固。锚杆呈矩形布置，株排距800mm。顶板锚杆初锚扭矩≮300 N·m，帮200 N·m，锚索预应力≮100KN；锚杆锚固力顶板≮80KN、帮≮60KN，锚索≮200KN。金属网铺平整紧贴煤岩壁，压茬≮100mm。

4.结论

从井下现场来看，支护效果明显，锚带网索改变了以往软岩巷道必须架设金属支架的理念，解决了复杂地质条件下施工进度慢，顶板易冒落的难题，降低了支护成本，有利于组织生产，为巷道的快速掘进奠定了基础。

参考文献

【1】何满潮，袁和生，靖洪文等，中国煤矿锚杆支护理论与实践【M】.科学出版社，2004

【2】成家钰，加大力度扩大煤巷锚杆支护的应用.矿山压力与顶板管理，1996.7

【3】庞建勇，深井煤巷锚索加固技术的应用.矿山压力与顶板管理，2004.2

【4】修作量，浅谈煤巷锚杆支护技术的现状和发展.煤矿开采，1996

【5】陆家梁，软岩巷道支护原则及方法.软岩工程，1990.⑶:20-24

锚带网索在童亭矿回采巷道中的应用

李大矿

2012.7