张修

(开滦(集团)蔚州矿业有限责任公司,河北张家口 075700)

锚杆支护技术在复合顶板中的应用

张修

(开滦(集团)蔚州矿业有限责任公司,河北张家口 075700)

复合顶板压巷道支护是国内外巷道支护的重点难点,而复合顶板在我国煤矿坑道中应用广泛。复合顶板极软煤层巷道是围岩变形剧烈且顶板容易脱落难于维护的巷道。笔者凭借相关工作经验,对这类巷道的破坏机理进行了深入研究,认为通过利用锚杆支护和注浆的方式提高巷道围岩的稳定性同时加强顶板支护,利用围岩自身承载能力等手段,能够保证复合顶板的稳定性。

锚杆支护 复合顶板

1 复合巷道支护原理

包含着软弱夹层的复合顶板不同层数之间结合力较小，容易发生脱层、冒落，难以形成整体性的共同承载，不适于应用型钢支护，难于进行维修，同时顶板成为载荷体之后载荷传递到两帮容易造成两帮极软煤体塑性区、破碎区的范围扩大。而采用树脂全长锚固高强锚杆时在锚固范围内的1m延伸量能够提供10kn支撑力，阻止复合顶板离层变形的同时还能够避免复合顶板沿着弱面进行错动，把符合顶板结构固定成为了整体，提高了承载体强度，刚度，提高了承载体整体的刚度和轻度，降低了下沉量。这种结构形式还能够使深部的煤体处于三相应力状态，这种应力状态能够提高岩体强度和承载能力，进一步降低两帮维护的难度。

极软煤层巷道两帮煤体强度远远小于顶底岩板岩层强度，是整个巷道的围岩承载结构中的薄弱结构，容易因为破坏丧失支撑能力。复合顶板极软煤层巷道两帮变形会影响顶板稳定大规模的破坏区和塑性区煤体失去了复合顶板支撑，导致两帮煤体破坏区复合顶板离层破坏和岩层承载能力的降低。

2 复合顶板

目前来看，学术上还没有对于符合顶板的统一说法。比较主流的学术声音认为复合顶板结构是软硬岩互层或者有煤线和软弱夹层存在，岩层之间结合力较低，弱面发育，容易发生顶板离层和冒顶。复合顶板支护的难度主要体现在岩层之间的结合力低和软弱夹层导致支护不能够固定到上部稳定岩石层中，软夹层的松动膨胀也会导致很大的垂直载荷，容易导致锚杆和锚固顶板整体垮落。

一些学者则认为复合顶板含数层软弱夹层，不同层之间强度和刚度的不相等、分层之间粘合力小，容易脱离冒落，不能够形成整体结构的共同承载，复合顶板极软煤层巷道围岩差异性很大，围岩应力作用下容易出现顶板冒落等问题，不能够形成整体承载结构，复合顶板容易发生离层破坏等情况，复合顶板下沉造成破坏，顶板两帮之间相互作用，造成恶性循环。

复合顶板存在鲜明的特点，包括采煤层直接顶厚度增加，形成顶板压力增加。同时符合顶板由于层状结构导致均匀性差，软硬相间，层理发育，层间粘合力较小，容易发生离层挠曲。同时煤层由于整合接触，两个煤层之间岩体以黑色粉细砂岩较为多见，岩性较软，顶板支护存在很大的困难。

动压巷道。是指未经受动压力影响的井下巷道。动压或者采动压力是指矿山开采中形成的各种集中压力。动压巷道在掘进过程中多处于原始应力场静压状态，各种集中压力作用打破了原始平衡，巷道围岩的中立重新分布导致围岩的压力增加和变形。

巷道围岩应力变化主要体现在岩体内开掘导致的应力集中和回采引起的支撑压力。研究支撑压力就要研究支撑压力区的峰值压力作为确定支撑压力的基本参数。

3 锚杆支护在复合顶板中的应用

传统锚杆支护理论有悬吊理论、组合梁理论和组合拱理论等。复合顶板厚度较大，〉2.5m时锚杆不能够固定到顶板稳定性岩层中，所以锚杆支护不能够用悬吊理论解释，而组合拱理论是针对拱形巷道围岩的锚杆支护的，所以对于组合拱顶较厚的巨型回采巷道应该采用组合梁理论进行解释和作为设计理论基础。

平顶巷道层状岩体可以看成是巷道两帮作为支点的叠合梁，哇载荷使各层上下边缘处于受压、受拉状态下。巷道顶板锚杆加固范围内岩层厚度相同时组合梁最大拉应力和挠度是叠合梁应力和挠度的1/n和1/n2，所以锚杆固定形成的组合梁能够降低顶板岩层中的拉应力，降低顶板下沉。

复合巷道的破坏机理。巷道顶板出现了大面积的卸压区，也就是垂直应力降低区，巷道顶底板表面垂直应力下降至原始应力的1/4左右，顶板上海产生了水平拉应力，应力值大于岩石的抗拉轻度，一旦出现拉应力区容易损坏。这决定了巷道顶板的破坏形式是拉伸破坏，顶板本身结构脆弱，更加容易破坏。

全长粘接锚杆具有最佳支护效果，充分的发挥了锚杆的约束作用，提高了围岩整体性和承载能力。锚网结合的支护方式在锚固平衡拱时能够发挥最好的功能，这种支护形式能够把锚杆、梁和网支护组成有机整体，提高围岩整体性的同时还能够降低岩石松动对锚杆支护造成的影响。

围岩破坏的范围和程度较大时锚杆支护需要通过锚杆加固维护额围岩自身稳定性，初次使用锚杆支护不能够保证安全性，需要采取辅助支护措施，辅助支护金属支架为主，能够起到补强、防止冒顶的作用。

超前支护。困难条件下的煤巷从掘进至本回采工作面采动影响之前，其维护较为困难，无论是采用哪一种锚杆技术都不能够达到理想的支护效果，需要采取超前支护措施保证支护效果。锚杆支护中的超前支护一般考虑巷道在掘进过程至受动影响之前的使用要求。

4 结语

复合顶板变形破坏的主要形式是支护不利导致的顶板初期离层量和下沉量大，顶板稳定性恶化，同时复合板顶层岩层之间裂隙发育，不同层之间结合力小，导致顶板；离层、下沉并逐渐向顶板深部扩展最终导致破坏。进行锚桩支护时应该及时使用专门的风动扭矩放大器加强锚杆支护的预紧力同时适当增加锚索支护密度和锚索张拉力，这种锚索支护技术在复合顶板中的应用取得了很理想的实际效果，解决复合顶板支护问题效果较为理想，提高了矿井巷道的稳定性，降低了维护费用，提高技术水平、获取了较好的经济效益的同时还提高了巷道的稳定性和安全性。

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张修(1984—),系河北省张家口市蔚县人,现任开滦(集团)蔚州矿业公司郑沟湾矿生产技术科,采煤助理工程师,2012年1月毕业于中国矿业大学,函授采矿工程,从事采煤技术管理工作。