浅谈复杂地质条件下的锚网联合支护技术

2014-03-04吴军毅刘继祥

中国科技纵横 2014年20期

关键词：锚网底鼓煤巷

吴军毅刘继祥

(陕西省宝鸡市北马坊煤业公司,陕西宝鸡 721500)

浅谈复杂地质条件下的锚网联合支护技术

吴军毅刘继祥

(陕西省宝鸡市北马坊煤业公司,陕西宝鸡 721500)

本文详细分析了煤矿巷道常见复杂地质条件状况,并结合矿区工作实际,提出了合理有效的加强复杂地质条件下煤巷锚网支护技术的措施。

复杂地质煤巷锚网支护

复杂地质条件下的煤巷围岩一般比较松软、地应力大、巷道变形快、变形量大、抗压强度低，容易引起顶板冒落或片帮事故。[1]对于此类巷道，锚网联合支护是解决支护难题的有效途径，显著改善支护效果、降低支护成本、加快成巷速度、降低劳动强度、简化工作面两端头区维护工艺[1]。特别是针对大断面、围岩受力复杂的综合机械化采煤的回采巷道，采用锚网联合支护的主动支护形式，较好的解决了问题。

1 复杂地质条件下的煤巷类型

根据煤巷所处的位置及围岩性质，包括围岩不稳定或极不稳定的煤巷，可以分为以下类型。软岩巷道，如煤软、顶板软及底板软的三软巷道;窄煤柱护巷巷道;多次受采动影响的巷道; 围岩破碎、受构造应力影响大的巷道;强烈底鼓的巷道。这些围岩比较松软、地应力大，变形速度高的巷道，变形量也很大。当使用棚式支架时，顶底、两帮相对变形量少则300mm-400mm，多则1000mm-2000mm，而且常常伴有强烈的底鼓，在巷道服务期间需要进行多次翻修和卧底，支护、维修费用很高，即便如此，也仍然难以满足矿井生产的需要和安全要求。

2 锚网联合支护的机理[2]

锚网支护技术在煤巷中的应用发展迅速，其中锚杆与工字钢支架联合支护的形式应用十分广泛，主要分为两种情形。

巷道中以锚杆支护为主、工字钢支架支护为辅，此时，工字钢支架支护是预防性措施，保证了巷道的安全，其发展趋势是工字钢支架将被逐步取消。

巷道中以工字钢支架支护为主，而利用锚杆进行补强、加固，而锚和工字钢支架各自发挥着加固作用。这种形式在巷道条件困难或有特殊需要时，能大大改善控制围岩的效果。

采用锚杆、工字钢支架联合支护，由于锚杆与工字钢支架可随着巷道围岩的压应力和变形的变化而变化，具有较好的适应性，在巷道静压期以及工作面采动附加载荷转移的初期，锚杆支护及时主动控制了巷道围岩，并对其有让压特性，使大部分附加载荷转入围岩中，有效保护了巷道维护范围内顶板完整。进而减少了顶板前期下沉量和巷道收缩率，对工字钢支架支护是一种弥补。在附加载荷初期转移完成后，巷道顶板的下位岩层处于卸载状态，但并未产生破坏。此时，巷内工字钢支架开始承载，提供给足够的支护刚度，有力控制了顶板的后期下沉量和围岩变形量。可见，锚杆、工字钢支架联合支护实现了巷道支护系统必要的让压性和足够的支护刚度。

3 复杂地质条件下加固锚网支护的有效措施

本文以陕西宝鸡北马坊矿井为例，该矿区为斜井开拓方式，随着企业开采规模的扩大和深度的下延，各种复杂地质条件逐渐显现，在保证矿区安全生产的前提下，针对复杂地质条件下的煤巷围岩地质力学条件和变形破坏特点，加固锚网支护的主要措施有。

(1)由于顶板松软破碎，变形量很大，与树脂的粘结力较小，当采用高强度、超高强度全长树脂锚固锚杆其锚固力可达到100kN以上，超高强度锚杆则可达到300kN以上。由于锚杆锚固力越高，锚固体极限强度强化系数和残余强度强化系数越大，能够更好的改善锚固体的力学性能越能，因而围岩变形能够更好地得到控制。[3]全长树脂锚固后，不仅提高了锚杆的安全可靠性，而且由于锚杆对锚固区内的围岩整体约束，增大了锚杆支护系统的刚度、减小了顶板变形量。有关研究表明，在同等条件下，采用全长锚固相比端头锚固时的围岩变形量能减少约50%以上。由于全长锚固锚杆受力后两端轴力最小，中部最大，十分有利于保持松软破碎顶板的完整性。

(2)巷道底鼓是这类巷道矿压显现的表现形式，底鼓严重时底鼓量占到顶底板移近量的80%以上，对运输和行人等造成很大的困难，断面的急剧缩小严重影响矿井通风和生产安全。当前，常采用封闭型金属支架、底板卸压、底板注浆加固、底板锚杆、不同形式的反拱、等方式控制巷道底鼓。煤巷采动影响是导致发生巷道底鼓的主要原因，巷道在支承压力作用下，巷道围岩发生不均匀的整体下沉，而比较松软的煤帮下沉即会引起巷道底鼓，此时，由于应力集中因素，造成巷道角部被破坏，继而最大塑性区形成于巷道角部和煤帮部位。因此，要控制巷道底鼓，就需要减小两帮的下沉和帮、角塑性区的发展，采用锚杆或注浆加固巷道帮、角是一种简便可靠、行之有效、经济效果良好的新技术。

(3)由于煤帮最为松软，巷道两帮变形量相当大，一般大于顶板下沉量，特别是窄煤柱护巷的一帮。因此，煤帮宜选用加长锚固可伸长增强锚杆，使用锚杆具有较大的支护阻力和一定的伸长量。锚杆可选用材质为20MnSi的建筑螺纹钢，直径为Φ20 mm左右。由于煤体与树脂的粘结力相对较低，因此媒帮锚杆的锚固长度必须达到1米以上才能保证煤帮锚杆的锚固力达到规定的40kN以上，同时，可以使用钢筋梯子梁、网等措施更好的控制煤帮片帮。

(4)锚索补强与注浆加固围岩是一种锚杆支护系统的辅助配套技术。当顶板比较松软、直接顶较厚时，可采用孔径为28mm，孔深约6m-9m的锚索予以加固，锚索的承载能力通常可达到300kN，其原理是利用锚索将下部松软、不稳定岩层悬吊到上部坚硬、稳定的岩层中。当围岩比较破碎时，可以使用化学类浆液或水泥类浆液等采用注浆方法加固围岩，提高锚杆的锚固力和岩体强度。