锚索联合支护在煤层巷道的应用

李育新

山西朔州市煤炭设计研究院，山西朔州 036800

朔州市兴陶煤矿103采区运输、轨道上山为全煤巷道，布置在石炭二叠纪太原组4#层中，直达矿井北部边界，分别与主运大巷、主回风大巷相连，单巷长度1 300m，其中运输上山沿底板布置，轨道上山沿顶板布置，巷道断面4×4m，2009年11月103采区形成生产能力，目前巷道断面缩小，长度为3.69m，高度为3.58m，巷道断面较原巷道断面缩小17%。巷道底板鼓起，皮带输送机机架严重变形，无法正常运转。

表1 煤层特征表

1 全煤巷道围岩变形破坏特点

通过对顶、底板位移量的观察，顶板离层下降、底板鼓起，巷道两帮片帮严重。表明：1）在各种断面形状的巷道中，圆形和椭圆形巷道的应力集中系数最低；2）巷道平直周边上容易出现拉应力，所以平直周边往往比曲线周边容易破坏；3）巷道周边的拐角处存在很大的剪应力；4）巷道断面的高宽比对围岩应力分布有很大影响。重力应力（垂直应力）向巷道两侧偏移，使巷道两帮向里移动，并发片帮现象，水平应力向顶、底板转移，引起顶板离层下降和底板鼓起，使顶、底板位移加大。

2 应力集中效应显现

朔州市兴陶煤矿103采区的运输、轨道上山全煤巷道，为Ⅳ～Ⅴ类煤巷巷道。1）在巷道掘进阶段，巷道的掘进破坏了原岩应力的平衡状态，引起了围岩应力重新分布，表现为围岩立即产生移动和变形；2）无采掘影响阶段，这个阶段的围岩移动主要是由于围岩在塑性状态下的流变所引起，即变形量是时间的函数；3）采动影响阶段，当采煤工作面接近该区域时，由于工作面前方及采空区两侧支承压力的影响，使围岩应力再次重新分布；4）采动影响稳定阶段，这是巷道围岩经受一次采动影响后重新进入相对稳定阶段，固其围岩移动特征基本上与无采掘影响阶段类似；5）二次采动影响阶段。处于采动影响稳定阶段的巷道，在下区段回采时，此巷道又将受另一工作面开采支承压力的影响，从而引起围岩的进一步失稳与移动。

3 支护机理分析及试验方案

2010 年初，朔州市煤炭设计研究院受矿方委托，进行巷道维护试验，根据兴陶矿顶、底板岩层条件，确定采用锚索、锚杆联合组合支护，即全长树脂锚固的高强度螺纹钢锚杆＋金属网＋W型钢带＋树脂锚固小孔径预应力锚索。高强锚杆以加固作用为主，使其锚固范围内的顶煤形成“锚固平衡拱”；锚索以悬吊作用为主，把潜在冒落范围内的顶煤悬吊在上部比较稳定的顶板岩层上，加大“锚固平衡拱”厚度，阻止顶煤下沉及冒落。使锚杆支护的三种理论：悬吊理论、组合梁和加固成型拱理论有机结合。煤帮锚杆采用18mm金属锚杆。锚杆间距1.2m，锚索间距1.5m，排距1.0m，呈五花眼布置。首先从采区下部车场开始，沿巷道中线扩帮至4m，沿巷道腰线及原底板倾角8°起底清理底板，挑顶，到原巷道高度4m，每清理1.2m立即补上锚杆，每清理1.5m立即打上锚索。巷道两帮锚杆间距1.2m，锚索间距1.5m，排距1.0m，呈五花眼布置。

4 全煤巷道锚杆锚索联合支护机理研究

随着我院锚杆锚索支护的深入研究表明，其悬吊理论、组合梁和加固成型拱理论，无法对全煤巷道支护提供理论支持，特别是锚杆支护对于提高围岩（特别是松散围岩）自身的最大承载能力没有明显效果。全煤巷道的关键技术主要是治顶，只要维持顶煤的稳定，就能保证巷道围岩的基本稳定。而全长锚索锚杆的作用就是通过对其锚固长度范围内的煤体提供轴向和横向约束，可有效地阻止煤块体之间的相互错动，防止锚固体的松散变形，保持锚固体的整体性，从而提高顶煤的承载能力和稳定性。

103 采区上山巷道顶板为层状岩层或松散煤体，需采取锚杆锚索联合支护方式，用金属网及W型钢带把锚杆联结起来，从而对顶煤起到整体加固作用。此外，由于顶煤与岩层界面上容易产生离层现象，导致顶煤下沉，当锚固体不能承受顶板压力时，甚至会造成顶板冒落。在这种条件下，最有效的方法就是采用锚索进行补强加固。锚索的锚固深度大，承载能力高，并可施加100kN以上的预紧力，因此可以有效地增加关键承载环的厚度，起到防止顶煤破坏冒落的作用。

5 结论

经过6个月的紧张施工，103采区的运输、轨道上山巷道顶帮全部完成，从2010年7月开始到2011年3月，进行连续实时监测，煤体的整体性和稳定性较好，顶煤平均下沉量度为22.0mm，两帮相对移近量平均17.5mm，巷道断面平均收缩率仅为2.5%。采用锚杆锚索联合支护全煤巷道，极大地控制了巷道围岩的变形与破坏，保持了巷道围岩的整体性和稳定性，保证了103采区的运输、轨道上山巷道在整个服务期间内不进行任何维修，同时将锚杆锚索联合支护运用到综采工作面得运输、回风平巷，使端头支架的超前支护拆棚、替棚维护工序大为简化，改善了工人的劳动强度和作业环境，为103采区实现稳产、高产创造了有利条件。

通过矿压连续实时监测，锚杆锚索联合支护在全煤巷道中，可以经受回采时，动压对围岩影响，保持巷道不受破坏。

全煤巷道采用锚杆锚索联合支护技术，不但具有显著的技术成果，而且具有明显的经济效益，与传统的工字钢梯形支护费用相比较，每米巷道可节约92元，整个工程共减少成本24万元。

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