江心中

(內(nèi)蒙古同煤鄂爾多斯礦業(yè)投資有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

在巷道錨桿索支護(hù)理論中，目前受到大部分煤礦企業(yè)所認(rèn)可的有懸吊理論[1-2]、組合梁理論、組合拱理論[3-4]、圍巖強度強化理論[5]等。但由于煤礦地質(zhì)條件的差異性較大，每種支護(hù)理論都存在一定的局限性，每種不同的地質(zhì)情況往往不能用同一種理論來進(jìn)行解釋。

隨著煤礦產(chǎn)量的提升，采掘接替問題顯得更加突出[6]。在這種前提下，盲目增加支護(hù)強度和支護(hù)密度不僅會帶來成本增加的問題，同時也會減緩掘進(jìn)速度，更加惡化煤礦的采掘接替問題[7]。所以，選擇合理的錨桿索支護(hù)理論和支護(hù)參數(shù)可以在確保巷道安全的前提下減少支護(hù)成本、加快掘進(jìn)速度，為煤礦的高產(chǎn)、高效生產(chǎn)提供有力保障[8]。

目前很多井下巷道是沿煤層掘進(jìn)的，錨桿索也有很大一部分其實是在煤體中進(jìn)行錨固的。以下主要通過數(shù)值模擬的方式，針對特厚煤層煤巷錨桿索支護(hù)的支護(hù)理論、錨桿索間排距及預(yù)緊力之間的關(guān)系進(jìn)行研究，以得出合理的煤巷錨桿索支護(hù)形式。

1 錨索長度加固效果對比分析

本次研究主要針對特厚煤層，因此巷道均為全煤巷道，巷道尺寸為5 m×4 m。通過FLAC3D模擬軟件，建立如圖1所示的模型。為確保模擬的真實性，選擇摩爾庫倫本構(gòu)模型進(jìn)行模擬。模型共劃分22 500個單元，模型尺寸為30 m×30 m，在模型底部固定豎向位移，兩邊固定橫向位移。

控制錨桿預(yù)應(yīng)力為100 kN不變，通過改變錨桿的間排距來進(jìn)行對比分析。選取間距為900 mm、1 000 mm、1 100 mm和1 200 mm進(jìn)行模擬(頂幫間距一致)，計算至模型平衡后，通過對比其預(yù)應(yīng)力場的影響范圍、錨桿之間所形成加固拱的連續(xù)性以及加固拱中心應(yīng)力大小來綜合分析錨桿間排距的合理性。

在保持錨桿排距不變、錨桿錨固長度不變以及預(yù)緊力不變的情況下，調(diào)整錨索長度分別為6.3 m、7.3 m和8.3 m進(jìn)行對比分析，再針對每排單根以及每排兩根錨索進(jìn)行對比分析，來研究錨索對深淺部煤體協(xié)同的最佳支護(hù)方式。

通過計算，在單根錨索的情況下，6.3 m錨索、7.3 m錨索以及8.3 m錨索與錨桿的協(xié)同支護(hù)預(yù)應(yīng)力場分布云圖如圖2所示。

從圖2中可以看出，在預(yù)緊力不變的情況下，單根錨索的情況下錨索錨固端部與錨桿的加固拱之間的應(yīng)力場隨著錨索長度的增加反而有所減弱，也就是錨索與錨桿所產(chǎn)生的加固拱之間的協(xié)同作用有所減弱。但錨索均對錨桿所形成的加固拱有增強效果。同樣通過監(jiān)測加固拱中心加固荷載來對比其加固效果，得出的加固荷載變化曲線如圖3所示。

從圖3可以看出，隨著錨索長度的增加，錨桿加固拱中心加固荷載變化不大。因此可以得出，單根錨索的長度對錨桿所形成加固拱的強度影響并不大。但如果錨索長度過長，深淺部的煤體反而不能有效形成牢固的整體。所以，當(dāng)錨索錨固在煤層中時，不能盲目增加錨索長度，選擇合適長度的錨索將有效增加深淺部煤體的結(jié)合程度，增強巷道支護(hù)效果。

圖3 錨桿加固拱中心荷載隨錨索長度變化曲線

2 現(xiàn)場效果對比分析

在井下特厚煤層煤巷中分段進(jìn)行試驗，對比6.3 m錨索與8.3 m錨索條件下巷道的變形情況，得出如圖4所示的巷道變形曲線。

圖4 巷道頂?shù)装逡平繉Ρ惹€

通過對比分析可以看出，6.3 m錨索與8.3 m錨索巷道變形量相差不大，均能有效控制巷道變形情況。因此，在特厚煤層條件下，增加錨索長度對巷道支護(hù)效果并沒有實質(zhì)性的改善，并且?guī)聿牧侠速M、增加工人勞動強度、降低巷道掘進(jìn)效率等問題。8.3 m錨索與6.3 m錨索現(xiàn)場支護(hù)效果實拍如圖5所示。

圖5 現(xiàn)場頂板支護(hù)效果

3 結(jié) 語

1) 當(dāng)錨桿索支護(hù)在煤體中時，使用懸吊理論來解釋錨桿索支護(hù)原理是不適宜的。錨索并不是越長越好，如果錨索長度過長，深淺部的煤體反而不能有效形成牢固的整體。選擇適當(dāng)長度的錨索將有效增加深淺部煤體的結(jié)合程度，增強巷道支護(hù)效果。

2) 通過現(xiàn)場分段試驗對比分析，在煤體可錨性均能達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的情況下，6.3 m錨索與8.3 m錨索均能有效控制巷道變形，支護(hù)效果差異性不大。