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1、锚杆巷道过陷落柱的支护技术研究 摘 要 本文根据赵庄煤矿1301工作面12014巷过陷落柱的情况，重点研究了锚杆、锚索、喷浆在过陷落柱锚杆支护系统中的作用及要求，并成功应用于实践，取得了较好的支护效果。关键词 锚杆 支护 陷落柱 1 前言1301综采工作面采用大采高采煤工艺，为三进一回的布置方式，工作面东侧布置为两条进风顺槽，靠近工作面的一条顺槽为12011巷,另外一条为12013巷，工作面西侧布置有两条顺槽，靠近工作面的一条顺槽为进风顺槽，即12012巷，掘进时沿煤层顶板留底煤布置；另外一条为12014巷，作为工作面回风顺槽（瓦斯尾巷），掘进时同样沿煤层顶板留底煤布置。12014巷为矩形断面
2、，沿煤层顶板留底煤布置，巷道净宽4.7m，净高3.5m，毛宽4.9m，毛高3.6m，掘进断面积17.64。12014巷掘至距开口位置约932m 处时揭露一陷落柱，受陷落柱影响，巷道顶板破碎、离层、塌顶，两帮挤出严重，支护特别困难，安全生产受到了极大的影响。为此，必须对陷落柱区的巷道进行锚杆支护设计。2 施工技术方案确定2.1 为便于施工，巷道仍采用矩形断面。2.2 必须保证锚杆、锚索在陷落柱区域顶板的可锚性 针对陷落柱内顶板充填物为泥岩、砂岩等，且胶结情况差，陷落柱附近可能发育有隐伏小断层、裂隙、牵引褶曲、煤层倾角变大等地质构造或者出现巷道顶板淋水增大现象。因此，为保证巷道岩层顶板的可锚性，巷
3、道每掘进3米，必须进行锚杆锚固力试验；锚索在预紧时，预紧力必须根根达要求。若巷道内顶板锚杆、锚索没有可锚性，则另性制定支护设计方案。2.3 缩小锚杆间排距，采用高强度锚杆全长锚固支护 陷落柱内充填物胶结情况差，不连续面多，为提高顶板的整体强度，因此采用高强度锚杆全长锚固支护，并缩小锚杆间排距。锚杆主要作用有以下两个方面：通过锚杆提供的轴向力与切向力，提高不连续面的抗剪强度，阻止不连续面产生移动与滑动，通过提高结构面的强度来提高节理岩体的整体强度、完整性与稳定性，从而有效控制围岩变形和破坏。锚杆采用全长锚固，通过锚固剂将锚杆杆体与孔壁粘结在一起，使锚杆随着岩层移动承受拉力，当岩层发生错动时，岩层
4、与杆体共同起抗剪作用，阻止岩层发生滑动。2.4 缩小锚索间排距，加强锚索的支护作用陷落柱区的顶板在锚杆不能伸入到关键承载层内，锚杆支护形成的次生承载层又不能完全保持稳定的条件下，就必须发挥锚索具有锚固深度大、锚固力大、可施加较大的预紧力等诸多优点，必须进行锚索加固，缩小锚索间排距，加强锚索的支护作用。锚索的作用主要有： 将锚杆支护形成的次生承载层与深部围岩的关键承载层相连，充分调动了深部围岩的承载能力，提高次生承载层的稳定性，即使次生承载层发生断裂、转动，也不致于失稳而引起的顶板垮落。2.5 针对陷落柱内顶板充填物为泥岩、砂岩等，且胶结情况差，极易风化的特点，因此巷道掘进完毕后必须及时喷浆封闭
5、陷落柱内胶结顶板，防止围岩风化、破碎，避免锚杆、锚索失效；再者，巷道喷浆后，一旦受压变形即开裂掉皮，容易观察顶板变形情况，可及时采取加强支护措施。3 陷落柱区锚网索喷组合支护系统设计根据以上要求及分析：因此应采用高强度、高刚度锚网索喷组合支护系统。高强度要求锚杆具有较大的破断力，高刚度要求锚杆具有较大的预紧力并实施全长锚固，组合支护要求采用钢带、金属网等护表构件。具体详见见图一（1）顶板支护锚杆规格：锚杆杆体为22左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2.4m，杆尾螺纹为M24，锚杆排距800mm，间距1100mm，每排5根锚杆，锚固方式：采用树脂加长锚固，采用三支锚固剂，一支规格为K2335，另两支规格为
6、Z2360，钻孔直径为30mm，锚固力不小于100KN，预紧力矩不小于400Nm。钢筋托梁规格：采用14mm的钢筋焊接而成，宽度80mm，长度4.5m，在安装锚杆的位置焊接两段纵筋，纵筋间距100mm，以便安装锚杆。锚索采用三支锚固剂，一支规格为K2335，两支规格为Z2360，钻孔直径30mm，锚固长度1406mm，锚索预紧力250 KN。托盘：采用拱形高强度托盘，托盘规格为1501508mm。金属网采用5.10.9m的金属网。（2）帮部支护（略）4 现场实施4.1 现场检测现场人员按照支护设计进行施工，并在陷落柱区巷道处安设了一组综合测站，监测巷道位移变化和锚杆、锚索的受力变化趋势。图4为
7、巷道位移曲线图，分析可知：1)巷道基本稳定后，顶板下沉量最大20mm，两帮移近量最大120mm，巷道没有大的变形破坏，也不需要二次修复就能满足安全使用要求。以上说明，锚杆间距.1、排距.8、锚索排距1.6m且锚杆、锚索高预紧力等设计要求基本合理，。2）巷道顶帮采用C20的混凝土进行喷浆封闭，阻止了陷落柱区巷道顶帮岩石的风化、破碎，保证了巷道顶板锚固区围岩完整性与稳定性，避免了锚杆、锚索因岩石风化而造成的失效，从而有效控制围岩变形和破坏，图4中巷道顶板下沉量不足20mm就是很好的说明。3）陷落柱内充填物胶结情况差，不连续面多，为提高顶板的整体强度，因此采用高强度锚杆全长锚固支护，并缩小锚杆间排距
8、，且支护设计在锚杆、锚索施工时及时施加了较大的预应力，充分发挥了锚杆支护系统积极、主动支护的作用效果，很好的控制了巷道围岩的变形破坏。图4 巷道顶、帮位移监测曲线图5为巷道顶板锚杆、锚索受力变化趋势图，其中1#5#为锚杆测力计，6#7#为测力锚索。1）锚杆、锚索受力没有太大的变化，锚杆受力基本稳定在6左右，锚索受力基本稳定在18左右。2）锚杆锚索受力稳定，不是逐渐增大，说明陷落柱区巷道顶板经过高预紧力锚杆、锚索的锚固后，没有发生离层、破碎等，比较完整。3）锚杆、锚索在施工时施加较大的预应力基本控制了巷道围岩的离层扩容等有害变形，阻止了巷道围岩的破坏，保证了围岩的完整性；反过来，围岩的完整性减少
9、了锚杆、锚索被动受挤压而受力增大的趋势。图锚杆、锚索受力稳定说明本设计中要求锚杆预紧力矩400N.m、锚索预紧力250kN是合理的。 图5 巷道顶板锚杆锚索受力监测曲线图4.2 使用效果1）通过采用以上锚网索喷组合支护系统，12014巷陷落柱区段巷道变形小、支护稳定安全，完全满足了1301综采工作面作为瓦斯尾巷的使用。2）12014巷陷落柱区段巷道与相邻的12012巷（锚网索支护系统，没进行喷浆）相比，12012巷变形严重，顶板破碎，大面积形成网包，虽然后期采用了架棚支护的补救措施，但仍有多架棚受压破裂，说明了喷浆在过陷落柱锚杆支护中有着重要作用。3）本陷落柱段巷道作为相邻综采工作面的瓦斯尾巷
10、，在相邻工作面回采时，基本不需再次开帮、起底等二次维护工作。以上现场检测结果和使用效果说明本巷道支护设计是合理的。5 结论（1）对于陷落柱区巷道，揭露的岩石易遇水风化、破碎，必须及时进行喷浆封闭，避免巷道表面岩石风化、破碎，阻止锚杆锚索失效，从而保证顶板岩层的完整性。（2）对于陷落柱区巷道，支护设计必须采用高预应力强力一次支护理论，尽量一次支护就必须保证陷落柱区巷道顶板的完整性，避免巷道在离层、破碎后进行二次或维修。（3）高预应力强力锚杆锚索支护系统，锚杆、锚索的预应力是支护系统的关键，只有提高支护系统的初期支护刚度和强度，才能有效控制围岩变形，保持围岩的完整性。（4）本巷道锚杆支护设计一定程度解决了陷落柱区巷道顶板的支护难题，设计具有示范性，可以推广应用于解决类似条件巷道的支护难题。参考文献：【1】 康红普，王金华，等.煤巷锚杆支护理论与成套技术【M】.北京：煤炭工业出版社，2007.作者简介：陈凯， 1973年生，男，山西晋城人， 1994年毕业于大同煤校采煤专业。
