張修

(開(kāi)灤(集團(tuán))蔚州礦業(yè)有限責(zé)任公司,河北張家口 075700)

錨桿支護(hù)技術(shù)在復(fù)合頂板中的應(yīng)用

張修

(開(kāi)灤(集團(tuán))蔚州礦業(yè)有限責(zé)任公司,河北張家口 075700)

復(fù)合頂板壓巷道支護(hù)是國(guó)內(nèi)外巷道支護(hù)的重點(diǎn)難點(diǎn),而復(fù)合頂板在我國(guó)煤礦坑道中應(yīng)用廣泛。復(fù)合頂板極軟煤層巷道是圍巖變形劇烈且頂板容易脫落難于維護(hù)的巷道。筆者憑借相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn),對(duì)這類巷道的破壞機(jī)理進(jìn)行了深入研究,認(rèn)為通過(guò)利用錨桿支護(hù)和注漿的方式提高巷道圍巖的穩(wěn)定性同時(shí)加強(qiáng)頂板支護(hù),利用圍巖自身承載能力等手段,能夠保證復(fù)合頂板的穩(wěn)定性。

錨桿支護(hù) 復(fù)合頂板

1 復(fù)合巷道支護(hù)原理

包含著軟弱夾層的復(fù)合頂板不同層數(shù)之間結(jié)合力較小，容易發(fā)生脫層、冒落，難以形成整體性的共同承載，不適于應(yīng)用型鋼支護(hù)，難于進(jìn)行維修，同時(shí)頂板成為載荷體之后載荷傳遞到兩幫容易造成兩幫極軟煤體塑性區(qū)、破碎區(qū)的范圍擴(kuò)大。而采用樹(shù)脂全長(zhǎng)錨固高強(qiáng)錨桿時(shí)在錨固范圍內(nèi)的1m延伸量能夠提供10kn支撐力，阻止復(fù)合頂板離層變形的同時(shí)還能夠避免復(fù)合頂板沿著弱面進(jìn)行錯(cuò)動(dòng)，把符合頂板結(jié)構(gòu)固定成為了整體，提高了承載體強(qiáng)度，剛度，提高了承載體整體的剛度和輕度，降低了下沉量。這種結(jié)構(gòu)形式還能夠使深部的煤體處于三相應(yīng)力狀態(tài)，這種應(yīng)力狀態(tài)能夠提高巖體強(qiáng)度和承載能力，進(jìn)一步降低兩幫維護(hù)的難度。

極軟煤層巷道兩幫煤體強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于頂?shù)讕r板巖層強(qiáng)度，是整個(gè)巷道的圍巖承載結(jié)構(gòu)中的薄弱結(jié)構(gòu)，容易因?yàn)槠茐膯适е文芰?。?fù)合頂板極軟煤層巷道兩幫變形會(huì)影響頂板穩(wěn)定大規(guī)模的破壞區(qū)和塑性區(qū)煤體失去了復(fù)合頂板支撐，導(dǎo)致兩幫煤體破壞區(qū)復(fù)合頂板離層破壞和巖層承載能力的降低。

2 復(fù)合頂板

目前來(lái)看，學(xué)術(shù)上還沒(méi)有對(duì)于符合頂板的統(tǒng)一說(shuō)法。比較主流的學(xué)術(shù)聲音認(rèn)為復(fù)合頂板結(jié)構(gòu)是軟硬巖互層或者有煤線和軟弱夾層存在，巖層之間結(jié)合力較低，弱面發(fā)育，容易發(fā)生頂板離層和冒頂。復(fù)合頂板支護(hù)的難度主要體現(xiàn)在巖層之間的結(jié)合力低和軟弱夾層導(dǎo)致支護(hù)不能夠固定到上部穩(wěn)定巖石層中，軟夾層的松動(dòng)膨脹也會(huì)導(dǎo)致很大的垂直載荷，容易導(dǎo)致錨桿和錨固頂板整體垮落。

一些學(xué)者則認(rèn)為復(fù)合頂板含數(shù)層軟弱夾層，不同層之間強(qiáng)度和剛度的不相等、分層之間粘合力小，容易脫離冒落，不能夠形成整體結(jié)構(gòu)的共同承載，復(fù)合頂板極軟煤層巷道圍巖差異性很大，圍巖應(yīng)力作用下容易出現(xiàn)頂板冒落等問(wèn)題，不能夠形成整體承載結(jié)構(gòu)，復(fù)合頂板容易發(fā)生離層破壞等情況，復(fù)合頂板下沉造成破壞，頂板兩幫之間相互作用，造成惡性循環(huán)。

復(fù)合頂板存在鮮明的特點(diǎn)，包括采煤層直接頂厚度增加，形成頂板壓力增加。同時(shí)符合頂板由于層狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致均勻性差，軟硬相間，層理發(fā)育，層間粘合力較小，容易發(fā)生離層撓曲。同時(shí)煤層由于整合接觸，兩個(gè)煤層之間巖體以黑色粉細(xì)砂巖較為多見(jiàn)，巖性較軟，頂板支護(hù)存在很大的困難。

動(dòng)壓巷道。是指未經(jīng)受動(dòng)壓力影響的井下巷道。動(dòng)壓或者采動(dòng)壓力是指礦山開(kāi)采中形成的各種集中壓力。動(dòng)壓巷道在掘進(jìn)過(guò)程中多處于原始應(yīng)力場(chǎng)靜壓狀態(tài)，各種集中壓力作用打破了原始平衡，巷道圍巖的中立重新分布導(dǎo)致圍巖的壓力增加和變形。

巷道圍巖應(yīng)力變化主要體現(xiàn)在巖體內(nèi)開(kāi)掘?qū)е碌膽?yīng)力集中和回采引起的支撐壓力。研究支撐壓力就要研究支撐壓力區(qū)的峰值壓力作為確定支撐壓力的基本參數(shù)。

3 錨桿支護(hù)在復(fù)合頂板中的應(yīng)用

傳統(tǒng)錨桿支護(hù)理論有懸吊理論、組合梁理論和組合拱理論等。復(fù)合頂板厚度較大，〉2.5m時(shí)錨桿不能夠固定到頂板穩(wěn)定性巖層中，所以錨桿支護(hù)不能夠用懸吊理論解釋，而組合拱理論是針對(duì)拱形巷道圍巖的錨桿支護(hù)的，所以對(duì)于組合拱頂較厚的巨型回采巷道應(yīng)該采用組合梁理論進(jìn)行解釋和作為設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)。

平頂巷道層狀巖體可以看成是巷道兩幫作為支點(diǎn)的疊合梁，哇載荷使各層上下邊緣處于受壓、受拉狀態(tài)下。巷道頂板錨桿加固范圍內(nèi)巖層厚度相同時(shí)組合梁最大拉應(yīng)力和撓度是疊合梁應(yīng)力和撓度的1/n和1/n2，所以錨桿固定形成的組合梁能夠降低頂板巖層中的拉應(yīng)力，降低頂板下沉。

復(fù)合巷道的破壞機(jī)理。巷道頂板出現(xiàn)了大面積的卸壓區(qū)，也就是垂直應(yīng)力降低區(qū)，巷道頂?shù)装灞砻娲怪睉?yīng)力下降至原始應(yīng)力的1/4左右，頂板上海產(chǎn)生了水平拉應(yīng)力，應(yīng)力值大于巖石的抗拉輕度，一旦出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)容易損壞。這決定了巷道頂板的破壞形式是拉伸破壞，頂板本身結(jié)構(gòu)脆弱，更加容易破壞。

全長(zhǎng)粘接錨桿具有最佳支護(hù)效果，充分的發(fā)揮了錨桿的約束作用，提高了圍巖整體性和承載能力。錨網(wǎng)結(jié)合的支護(hù)方式在錨固平衡拱時(shí)能夠發(fā)揮最好的功能，這種支護(hù)形式能夠把錨桿、梁和網(wǎng)支護(hù)組成有機(jī)整體，提高圍巖整體性的同時(shí)還能夠降低巖石松動(dòng)對(duì)錨桿支護(hù)造成的影響。

圍巖破壞的范圍和程度較大時(shí)錨桿支護(hù)需要通過(guò)錨桿加固維護(hù)額圍巖自身穩(wěn)定性，初次使用錨桿支護(hù)不能夠保證安全性，需要采取輔助支護(hù)措施，輔助支護(hù)金屬支架為主，能夠起到補(bǔ)強(qiáng)、防止冒頂?shù)淖饔谩?/p>

超前支護(hù)。困難條件下的煤巷從掘進(jìn)至本回采工作面采動(dòng)影響之前，其維護(hù)較為困難，無(wú)論是采用哪一種錨桿技術(shù)都不能夠達(dá)到理想的支護(hù)效果，需要采取超前支護(hù)措施保證支護(hù)效果。錨桿支護(hù)中的超前支護(hù)一般考慮巷道在掘進(jìn)過(guò)程至受動(dòng)影響之前的使用要求。

4 結(jié)語(yǔ)

復(fù)合頂板變形破壞的主要形式是支護(hù)不利導(dǎo)致的頂板初期離層量和下沉量大，頂板穩(wěn)定性惡化，同時(shí)復(fù)合板頂層巖層之間裂隙發(fā)育，不同層之間結(jié)合力小，導(dǎo)致頂板；離層、下沉并逐漸向頂板深部擴(kuò)展最終導(dǎo)致破壞。進(jìn)行錨樁支護(hù)時(shí)應(yīng)該及時(shí)使用專門(mén)的風(fēng)動(dòng)扭矩放大器加強(qiáng)錨桿支護(hù)的預(yù)緊力同時(shí)適當(dāng)增加錨索支護(hù)密度和錨索張拉力，這種錨索支護(hù)技術(shù)在復(fù)合頂板中的應(yīng)用取得了很理想的實(shí)際效果，解決復(fù)合頂板支護(hù)問(wèn)題效果較為理想，提高了礦井巷道的穩(wěn)定性，降低了維護(hù)費(fèi)用，提高技術(shù)水平、獲取了較好的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)還提高了巷道的穩(wěn)定性和安全性。

[1]李英明,石建軍,賈安立,等.影響煤巷錨桿支護(hù)初錨力的主要技術(shù)因素分析[J].煤礦開(kāi)采,2011,10(4):45-48.

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張修(1984—),系河北省張家口市蔚縣人,現(xiàn)任開(kāi)灤(集團(tuán))蔚州礦業(yè)公司鄭溝灣礦生產(chǎn)技術(shù)科,采煤助理工程師,2012年1月畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué),函授采礦工程,從事采煤技術(shù)管理工作。