許 鑫

（晉能控股集團(tuán)晉城煤炭事業(yè)部長平公司， 山西 晉城 048006）

引言

近年來，由于錨桿支護(hù)具有支護(hù)成本低、巷道斷面利用效率高以及可快速掘進(jìn)等優(yōu)點，其已被廣泛應(yīng)用于巷道圍巖的控制中[1-2]。在煤礦巷道中，錨桿錨固范圍內(nèi)的圍巖和錨桿共同作用形成錨固體，通過合理有效對錨桿進(jìn)行布置，可以使巷道頂板、左右兩幫形成一個完整的承載結(jié)構(gòu)[3-4]，而此承載結(jié)構(gòu)不僅可以承受自重以及因變形形成的壓力，還可以支護(hù)外部圍巖，阻止圍巖的變形，進(jìn)而達(dá)到支護(hù)煤礦巷道穩(wěn)定的效果[5]。錨桿支護(hù)的理論有懸吊理論、組合拱理論、組合梁理論以及圍巖強(qiáng)度化理論[6]等，通過這些機(jī)理作用可保證巷道的穩(wěn)定。但是，由于在煤礦巷道實際支護(hù)中，一般多采用加強(qiáng)頂板支護(hù)的形式，往往忽略了煤巷兩幫及角部的支護(hù)，致使煤巷幫部出現(xiàn)薄弱破壞現(xiàn)象[7-8]，所以幫部破壞主要是幫部薄弱的壓剪破壞及交界面的滑移破損共同作用造成的[9-10]。因此，本文提出采用強(qiáng)幫強(qiáng)角錨桿支護(hù)的設(shè)計技術(shù)，來提高煤巷幫部支護(hù)的穩(wěn)定性，進(jìn)而保證巷道圍巖的整體穩(wěn)定。

1 強(qiáng)幫強(qiáng)角錨桿支護(hù)技術(shù)設(shè)計方案

以某礦為研究對象，設(shè)計錨桿支護(hù)方案，對于頂板錨桿支護(hù)，頂錨桿采用螺紋鋼錨桿，其規(guī)格是Φ22 mm×2 200 mm，間排距是780 mm、1 000 mm，頂板兩端的角錨桿布置成與水平大小成75°，除頂板兩端剩余的錨桿布置成與頂板垂直；對于錨索，規(guī)格為Φ17.8 mm×5 000 mm，錨索采用三花布置方式，也就是第一排設(shè)置角錨索根數(shù)為2，跟水平方向成75°布置，距離巷幫300 mm，第二排布置1 根錨桿于巷道中間位置，并與頂板垂直布置，排距是2 000 mm。此外，頂板每根錨桿采用一支CK2355 和Z2355 錨固劑，而每根錨索采用一支CK2355 和K2355 錨固劑，同時，頂板還鋪設(shè)金屬網(wǎng)。

對于幫部支護(hù)，幫錨桿采用左螺紋鋼，規(guī)格同于頂部錨桿，間排距是900 mm、1 000 mm，且兩幫的最頂排錨桿向上傾斜15°進(jìn)行布置，此外，兩幫每根錨桿采用一支CK2355 和Z2355 錨固劑，且采用鉆頭的規(guī)格是Φ28 mm。強(qiáng)幫強(qiáng)角錨桿支護(hù)設(shè)計斷面圖如圖1 所示。

圖1 錨桿巷道支護(hù)設(shè)計斷面圖（單位：mm）

2 錨桿支護(hù)對巷道表面位移的影響分析

為驗證采用上述錨桿支護(hù)方案后，對巷道支護(hù)的效果以及支護(hù)的合理性。本文對煤巷表面位移進(jìn)行分析，也就是巷道頂板下沉量、左右兩幫變形量進(jìn)行監(jiān)測研究，設(shè)置兩組監(jiān)測斷面，圖2 中1 號和2 號斷面的位置分別是828.5 m 和854.5 m，其中，每組監(jiān)測斷面據(jù)掘進(jìn)工作面4～10 m 區(qū)域內(nèi)進(jìn)行布置。

圖2 巷道監(jiān)測點的布置情況

2.1 錨桿支護(hù)對巷道頂板變形的影響

對支護(hù)后的巷道頂板變形量進(jìn)行分析，得到如下頁圖3 所示的曲線圖。從圖3 中可知，在監(jiān)測時間0~20 d 時間段內(nèi)，頂板各斷面處于加速變形時段，此段內(nèi)變形量增加速度比較快。加速變形時段內(nèi)1 號斷面變形量是40.5 mm，占總變形量的88.0%；2 號斷面變形量是55 mm，占總變形量的93.2%，且這兩個斷面的變形量均占頂板整體變形量的最大比例。當(dāng)巷道頂板從加速變形時段逐漸過渡到穩(wěn)定時段時，此段內(nèi)圍巖位移增長速度比較緩，最后達(dá)到基本穩(wěn)定。1 號斷面第32 天結(jié)束過渡時段，變形量是5.5 mm，占總變形量的12.0%，穩(wěn)定值是46 mm；2 號斷面第30 天結(jié)束過渡時段，變形量是4.5 mm，占總變形量的7.6%，穩(wěn)定值是59 mm，且此段內(nèi)兩個斷面的變形量比較小。當(dāng)巷道掘進(jìn)一定深度后，頂板巷道不再產(chǎn)生大變形，即進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，最終1 號和2 號斷面穩(wěn)定值分別是46 mm 和59 mm，且再繼續(xù)監(jiān)測一周時間，發(fā)現(xiàn)最終穩(wěn)定值基本沒有明顯變化，表明巷道已進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。

圖3 錨桿支護(hù)后的巷道頂板變形曲線圖

2.2 錨桿支護(hù)對巷道左幫變形的影響

對支護(hù)后的巷道左幫變形量進(jìn)行分析，得到圖4所示的曲線圖。從圖4 中可知，左幫加速變形時段的曲線斜率相比后兩個時段變化顯著，1 號斷面加速變形時段總共26 d，變形量是93 mm，占總變形量的97.9%；2 號斷面加速變形時段總共29 d，變形量是97 mm，占總變形量的98.0%，且這兩個斷面的變形量均占了左幫整體變形量的最高比例。當(dāng)巷道左幫變形進(jìn)入過渡時段時，1 號斷面第32 天結(jié)束過渡時段，變形量是2 mm，占總變形量的2.1%，最終穩(wěn)定值是95 mm；2 號斷面第35 天結(jié)束過渡時段，變形量是2 mm，占總變形量的2.0%，最終穩(wěn)定值是99 mm，且此段內(nèi)這兩個斷面的巷道左幫變形量均比較小。當(dāng)巷道左幫由過渡時段進(jìn)入最后穩(wěn)定狀態(tài)，1 號和2 號斷面左幫變形量最終值是95 mm 和99 mm，且再經(jīng)過一周的連續(xù)監(jiān)測，巷道左幫也不再產(chǎn)生變形。

圖4 錨桿支護(hù)后的巷道左幫變形曲線圖

2.3 錨桿支護(hù)對巷道右?guī)妥冃蔚挠绊?/h3>

對支護(hù)后的巷道右?guī)妥冃瘟窟M(jìn)行分析，得到圖5所示的曲線圖。從圖5 中可知，右?guī)妥冃我?guī)律基本同于左幫變形。對于右?guī)图铀僮冃螘r段，1 號斷面的加速變形時段共26 d，變形量是125mm，占總變形量的98.0%；2 號斷面的加速變形時段共27 d，變形量是130 mm，占總變形量的97.0%。且此段內(nèi)這兩個斷面的變形量也均占右?guī)驼w變形量的最大比例。對于右?guī)妥冃芜^渡時段，1 號斷面第27 天結(jié)束，變形量是2.5 mm，占總變形量的2.0%，最終穩(wěn)定值是127.5 mm；2 號斷面第33 天結(jié)束，變形量是4 mm，占總變形量的3.0%，最終穩(wěn)定值是134 mm。對于右?guī)妥冃畏€(wěn)定時段，1 號和2 號斷面的最終穩(wěn)定值分別是127.5 mm 和134 mm，且經(jīng)過一周監(jiān)測后，巷道右?guī)突静辉佼a(chǎn)生變形，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5 錨桿支護(hù)后的巷道右?guī)妥冃吻€圖

綜上，通過對巷道頂板及左右兩幫變形量進(jìn)行分析可知，盡管其都產(chǎn)生一定的變形量，但是均在可控范圍內(nèi)，且隨著時間推移，巷道不再產(chǎn)生變形，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，表明強(qiáng)幫強(qiáng)角錨桿支護(hù)技術(shù)能夠在提升頂板承載力的同時，減小對巷道幫部和角部的變形，從而維護(hù)巷道的整體穩(wěn)定。

3 結(jié)論

1）巷道頂板、左右兩幫變形都存在三個時段，既加速變形、過渡和基本穩(wěn)定時段，且加速變形時段的圍巖變形量最大，過渡時段圍巖變形量變慢，最終不再增加達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

2）采用強(qiáng)幫強(qiáng)角錨桿支護(hù)，能夠大幅改善圍巖變形，增強(qiáng)巷道整體支護(hù)的穩(wěn)定性。