锚梁网索支护技术在复合顶板回采巷道中的应用

第１１卷第５期（总第７２期）　煤矿　开　采　Ｖｏ１．１１　Ｎｏ．５（Ｓｅｒｉｅｓ　Ｎｏ．７２）　２００６年１０月　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｏｃｔｏｂｅｒ　２００６　锚梁网索支护技术在复合顶板回采巷道中的应用　段云刚　，张向阳　（１．淮南矿业集团张集煤矿，安徽淮南２３２１７１；２．安徽理工大学资源开发与管理工程系，安徽淮南２３２００１）　［摘要］　介绍了张集矿北区１１４１８（ｗ）工作面复合顶板回采巷道锚梁网索联合支护的试验　情况，根据巷道支护难点，提出了支护技术对策，在支护载荷分析基础上，确定了锚梁网索支护参　数；实践证明该巷道采用锚梁网索支护技术，既改善了巷道围岩的变形量，又保证了工作面正常回　采；该技术具有推广应用的价值。　［关键词］　复合顶板；载荷分析；锚网梁；联合支护　［中图分类号］ＴＤ３５３．６　［文献标识码］Ｂ　［文章编号］１００６－６２２５（２００６）０５－００４４－０３　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｂｏｌｔｉｎｇ　Ｂｅａｍ，Ｍｅｓｈ　ａｎｄ　Ｒｏｐｅ　Ｓｕｐｐｏｒｔ　ｉｎ　Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　Ｒｏｏｆ　ｏｆ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｒｏａｄｗａｙ　张集矿北区设计井型３．ＯＭｔ／ａ，规划生产能力　厚度　岩性柱状　岩性描述　６．ＯＭｔ／ａ。该区主采煤层为８，６，１煤层，其中　０．１０　一＿＿　：：　：　泥岩　１１４１８（Ｗ）面布置在８煤层中，是张集矿北区东　０．３２　煤　一采区首采面，也是该区首采面。为了实现矿井高　产高效，在１１４１８（ｗ）工作面两巷应用了锚梁网　４．２６　粉细砂岩　索支护技术。　１＼　／　．２０　砂质混岩　＼　１巷道围岩条件　０．１８　／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／　＼　炭质页岩　　【０．８０　／　／／／／／／／／＇／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／　＼　泥岩　１．１工程地质条件　０．４７　煤　１１４１８（ｗ）综采面为倾斜长壁工作面，位于　（０　３５）　炭质页岩　一４９２ｍ水平东一采区，工作面运输巷长１６９５ｍ，　２．８２　，　ｌ　煤　轨道巷长１６００ｍ，切眼长２４０ｍ，倾角２～５。，巷道　３．８１　泥岩　均沿８煤顶板掘进，煤厚在２．５～３．４５ｍ之间，平　均厚度为３．０ｍ。巷道顶板相变较大，多数区段顶　图Ｉ　９钻孔８煤顶底板柱状　板为灰黑色泥岩～砂质泥岩，伪顶为炭质泥岩，一　的形式全部或大部分释放出来，矿压显现明显。　般厚０．１—０．３ｍ，局部区段顶板为灰～灰白色细～　根据复合顶板巷道支护难点提出如下技术对　中粒砂岩基本顶。据东一采区五一六９钻孔可知８　策：　煤顶底板柱状图如图ｌ。　（ｉ）采用锚梁网和锚索联合支护，以加强浅　１．２巷道支护难点与对策　部顶板的建梁与加固作用，保证锚杆和锚索的锚固　巷道跟８煤顶板掘进，局部区域８煤和９煤顶　力在顶板岩层内的连续传播和有效锚固；　板为基本顶直覆，由图１可知８煤顶板多数为复合　（２）为了防止复合顶板离层、破碎而造成顶　顶板结构，巷道由外向里伪顶厚度逐渐增大，伪顶　板冒漏，应尽可能提高锚杆和锚索支护的组合性，　破碎极易离层形成网兜。巷道顶板的砂质泥岩上部　同时提高背护作用，以提高锚杆和锚索的外锚强　为含水砂岩层，当顶板有裂隙、构造或锚索孔通达　度，加强顶板支护的整体性；　砂岩层时，顶板淋水，造成顶板泥岩膨胀和强度弱　（３）根据锚杆、锚索的变形能力匹配需要，　化，泥岩的膨胀变形会在锚索上产生巨大的载荷，　合理确定锚杆和锚索的预紧力；　同时顶板淋水还会使锚杆和锚索发生锈蚀，降低其　（４）对于顶板砂岩水，采取超前打钻孔探放，　承载力。另外对于松软的复合顶板，由于弹性模量　或者调整锚梁网支护参数，或者采用架棚等有效方　小，积蓄于顶板岩层内的地层压力将会以形变压力　式支护，并对矿压显现进行观测，根据观测结果调　［收稿日期］２００６—０４—１７　［作者简介］段云刚（１９８０一），男，山西太谷人，助理工程师，２００４年毕业于安徽理工大学资源开发与管理工程系。　４４　维普资讯 http://www.cqvip.com

段云刚等：锚梁网索支护技术在复合顶板回采巷道中的应用　２００６年第５期　整优化支护参数。　２支护设计　２．１支护载荷分析　为了正确分析确定层状复合顶板煤巷支护的载　荷，先作如下假设：　（１）层状复合顶板实体煤巷道的受力模型可　视为两端固定的岩梁；　（２）巷道顶板岩层是在形变压力作用下受压　破坏的，并且形变压力在数值上等于地层压力或采　动支承压力；　（３）能够承受岩层形变压力而不破坏的顶板　岩层称为承载岩层，承载岩层下面的岩层重量被确　定为巷道支护的载荷。　根据上述假设，顶板岩层形变压力被充分释放　时，岩层承受的载荷只为其自身的重量，岩层形变　压力未被充分释放时，岩层承受的载荷为自身重量　与形变压力之和。第ｎ层岩层释放全部地层压力时　的变形量：　Ａｈ　＝＾　ｏｒ　／Ｅ　式中，ｈ　为第ｎ岩层的厚度；ｏｒ　为第ｎ岩层的地　层压力；Ｅ　为第ｎ岩层的弹性模数。　在承受第ｎ层岩层的形变压力ｇ：一。时，第ｎ一　１岩层巷道岩梁中部的最大挠度和最大应力：　ｑｎ一１ｔｌｌｎａ　ｌｘ１４　ｍａｘ　～　３８０Ｅ　，ｎ一１　ｍ　ｑ：一ｌ　Ｚ２　Ｏｒｎ＿ｌ　式中，Ｅ　为第ｎ一１层弹性模数；Ｉｎ一　为第ｎ一１　层惯性矩；Ｚ为巷道宽度，ｍ。　当第ｎ一１岩层的抗弯强度为　ｎｌ　ａｘ时，所承受　Ｌ２　的最大均布载荷：ｇ眦ｘｌ＝　ｍ—ａｘ　，将其带人第ｎ　一１层在　ｍａｘ作用下，中心处的最大下沉量：　ｍａｘ　＝　中得：ｙ　ｔｌ—ｎａｘ　百薏，第ｎ一１层　ｖ　发生变形ｙｎｔｌｌ—ｎａｌ　￣后，所释放的形变压力：　＝　Ｅ　，其剩余形变压力：　剩ｔｌ－　＝ｏｒ　一　放ｔｌ－　。比较　第ｎ一１层可能承受的最大载荷与第ｎ一１层剩余形　变压力及第ｎ层变形所释放的形变压力之和，如果　ｇ　ｍａｘ≥　一　放ｔｌ－－　＋　一　，则第ｎ层的变形释放被阻　止，第ｎ一１层即为承载层。根据以上公式从而得　出锚网索支护的外载和相应的支护参数。　２．２锚梁网支护参数　根据巷道的工程地质条件，采用组合岩梁理论　和工程类比法确定１１４１８（ｗ）运输巷锚梁网索支　护参数如下：　巷道断面宽Ｘ中高＝４．８ｍ　Ｘ　３．２ｍ，顶板锚杆　间排距８４０ｍｍ　Ｘ　８００ｍｍ，锚索布置方式为“２－１”；　巷帮锚杆间排距８５０ｍｍ　Ｘ　８００ｒａｍ，顶板锚杆　２０　Ｘ　２５００ｍｍ，巷帮锚杆　１８　Ｘ　１８００ｍｍ，锚索　１８　Ｘ　６３００ｍｍ，槽钢１２　，顶板钢带Ｍ５，巷帮钢带为　３ｒａｍ钢板条，金属网ｌ２　镀锌铁丝机械编制，网孔　＜５０ｍｍ　Ｘ　５０ｍｍ，锚索安装预紧力５０ｋＮ，顶板锚　杆安装预紧力矩≥１００Ｎｍ，巷帮锚杆安装预紧力矩　≥６０Ｎｍ，锚索安装深度６０００ｍｍ，锚固长度　１８００ｍｍ，顶板锚杆安装深度２４００ｒａｍ，帮锚杆安装　深度１７００ｒａｍ，锚杆锚固长度≥１０００ｒａｍ，锚杆锚固　力≥１２０ｋＮ（顶板）、≥５０ｋＮ（巷帮），锚索锚固　力￣＞２００ｋＮ，钻孔直径均为＋２７ｍｍ，锚索锚固剂每　孔３支Ｚ２３８０，顶板锚杆锚固剂每孔２支Ｚ２３８０，　巷帮锚固剂每孔１支Ｚ２３８０。　３矿压观测结果分析　３．１顶底板和两帮移近量　工作面运输巷掘进期间和回采期间巷道表面变　形量观测结果如下：　（１）掘进期间　巷道顶底板累计移近量平均　为４９ｒａｍ，两帮累计移近量平均为３５ｒｎｍ，巷道顶　底板和两帮围岩最大变形速度分别为４．９ｍｍ／ｄ和　３．１ｍｍ／ｄ。巷道围岩变形经过约１０～１５ｄ逐渐趋向　稳定，平均为１２ｄ，此后巷道围岩变形基本趋于稳　定状态。由此也说明锚网索支护在掘进期间的矿压　显现不明显。　（２）回采期间　巷道由于受超前采动支承压　力影响，巷道围岩变形较掘进期间明显剧烈。回采　期间巷道顶底板累计移近量为４２０ｒａｍ，两帮累计　移近量为３５０ｍｍ，在此期间巷道顶底板和两帮最　大变形速度分别达到２２ｍｍ／ｄ和１８．５ｍｍ／ｄ。巷道　受工作面超前支承压力影响范围为４０—６０ｍ，剧烈　影响范围为１５—２５ｍ。　观测结果表明，回采期间巷道变形量和变形速　度比掘进期间大，这主要受工作面采动影响所致。　３．２顶板岩层离层　１１４１８（ｗ）运输巷共设１５个观测站，其中６　个测站观测结果见表１所示。　由表１可以看出，掘进期间顶板浅部岩层（０　２．５ｍ）离层量平均为４．９ｍｍ；深部岩层（２．５ｍ　４５　维普资讯 http://www.cqvip.com

总第７２期　煤矿　开　采　２００６年第５期　表１顶板离层观测结果　２　ｌ　３　３　２　４　测站　Ｏ　Ｏ｛　　ｌ　２　ｌ　ｌ　６　５　４　５　４　３　２　Ｏ　２　２　ｌ　２　一６ｍ）离层量平均为１．２ｍｍ。回采期间顶板浅部　岩层（０—２．５ｍ）离层量为２—６ｍｍ；顶板深部岩　层（２．５—６ｍ）离层量为０—２ｍｍ。８　６　７　８　６　７　　上述观测结果表明，巷道自掘进到工作面回　采，顶板浅部岩层离层量最大为８ｍｍ，深部岩层　２　Ｏ　３　４　２　３　离层量最大为４ｍｍ，这说明试验巷道顶板基本上　无离层现象，巷道顶板变形为整体沉降，同时也说　明锚梁网索支护体系充分发挥了锚固组合岩梁作　用，从而使顶板保持了较好的完整性及稳定性。　３．３锚杆、锚索载荷分布　１　１４１８（ｗ）运输巷设两个全断面锚杆、锚索　载荷观测剖面，分别位于运输巷的破伪顶和留伪顶　施工段，锚杆、锚索的载荷工作状态均为“缓增一　恒阻”型，锚杆、锚索载荷分布图如图２（ａ，ｂ）。　左帮　右帮　（ｆｔ．）破伪顶施工段　２１０Ｉ　（ｂ）留伪顶施工段　图２　１１４１８（ｗ）运输巷全断面锚杆、锚索载荷分布　由观测图２可以看出：（１）运输巷破伪顶施　工段顶板锚杆的工作载荷一般为２０—６５ｋＮ，平均　３４ｋＮ；帮部锚杆稳定后的工作载荷平均为２１ｋＮ，　最大为３０ｋＮ，最小为２０ｋＮ；锚索稳定后的工作载　荷平均为５０ｋＮ，最大为６０ｋＮ，最小为４０ｋＮ；（２）　运输巷留伪顶施工段顶板工作载荷一般为３０—　１６０ｋＮ，平均１　１０ｋＮ；帮部锚杆稳定后的工作载荷　平均为４９ｋＮ，最大为８５ｋＮ，最小为２０ｋＮ；锚索　稳定后的工作载荷平均为１５５ｋＮ，最大为２１０ｋＮ，　最小为１００ｋＮ。　因此，运输巷破伪顶施工段锚杆、锚索的工作　载荷不仅基本接近，而且普遍偏低，多数顶、帮锚　杆的工作载荷只有２０ｋＮ；留伪顶施工段锚杆、锚　索的工作载荷普遍大于破伪顶施工段，留伪顶施工　段顶板锚杆的最大载荷达到１６０ｋＮ（基本达到了顶　板的破断载荷），锚索最大载荷达到２１０ｋＮ。　４结论　（１）巷道从掘进到回采历时１年多时间，巷　道未发生冒顶、片帮事故，巷道顶板没有出现离　层、破碎、下垂及网兜现象，顶板锚杆和锚索基本　上无损坏，巷道围岩稳定。回采期间，巷道安全、　畅通，工作面上出口断面积始终保持在８ｍ　以上，　无需任何维修，完全可以满足生产、使用要求。　（２）通过对试验巷道的矿压观测，初步掌握　了复合顶板锚梁网索支护巷道的矿压显现规律。试　验巷道的矿压观测结果表明，该巷道围岩变形主要　发生在回采期间，因此为了减小巷道变形量，回采　期间，应采取超前加强支护措施，并扩大超前支护　的范围，以期减轻回采期间的巷道变形量。　试验表明，在张集矿北区回采巷道中，采用由　锚杆、锚索与槽钢组合而成的锚梁网索支护形式是　合理的，所选用的主要技术参数是安全的。试验研　究的锚梁网索支护形式及其主要技术参数可在类似　地质条件的巷道中推广应用。　［参考文献］　［１］杨双锁．回采巷道围岩控制理论及其锚固结构支护原理［Ｍ］　．北京：煤炭工业出版社，２００４．　［２］蒋金泉，韩继胜，石永奎．巷道围岩结构稳定性与控制设计　［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，１９９８．　［３］侯朝炯，郭励生，勾攀峰，等．煤巷锚杆支护［Ｍ］．徐州：　中国矿业出版社，１９９９．　［４］何满潮，袁和生，靖洪文，王方荣，景海河，等．中国煤矿　锚杆支护理论与实践［Ｍ］．北京：科学出版社，２００４．　【责任编辑：邹正立］