锚杆支护是一种充分利用围岩自身承载能力的主动支护技术，与传统的被动棚式支护相比具有承载能力强、巷道稳定性高、支护成本低、劳动强度低、成巷速度快等优点，因而成为各国矿井巷道的主要支护形式之一。但是，目前由于人们对锚杆支护技术的没有更深刻的认识，致使这一技术只是在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类巷道中得到成熟应用和发展，而对于巷道围岩软弱、大断面等困难条件巷道中的锚杆支护则发展缓慢。基于此，本文对大断面软弱顶板情况的回采巷道锚杆支护进行了试验研究，经现场实测表明，锚杆支护能够完全适应该情况下的巷道变形特性，支护质量完全满足生产要求。

 

　　一、巷道基本概况

 

　　(一)巷道地质概况

 

　　淮南矿业集团潘东公司18228工作面运输顺槽位于B8煤层内，巷道埋深392.7～548.5m，走向长1200m，煤层厚度0.1～4.5m，平均3.2m，煤层倾角0°～12°，平均7°。煤层直接顶为厚10.33m的泥岩、老顶为厚4.04m的泥质粉砂岩、直接底为厚5.82m的泥岩。巷道掘进范围内共有12条断层，其中4条断层的落差大于4m。顶板属于裂隙发育地质构造复杂的软弱顶板。

 

　　(二)巷道设计断面

 

　　根据回采期间运输和通风的要求，巷道设计成净断面为14.4m2、形状为宽×高=4.8m×3.0m的矩形巷道。

 

　　二、巷道支护参数的确定

 

　　(一)支护参数的理论计算

 

　　1.顶板锚杆长度。

 

　　顶板锚杆长度按下式计算：

 

　　由于布置了悬吊作用的锚索，所以按经验公式可得出顶板等效跨距：

 

　　B'=B-B=B=3.2m

 

　　上式中B为巷道宽度，取4.8m。考虑巷道两帮的破坏深度，取实际等效跨度4.2m，根据公式，潜在冒落高度：

 

　　b==1.83m

 

　　式中：kx——顶板稳定性系数，顶板地质构造复杂，属于弱稳定，取kx=0.4；

 

　　f——顶板岩层普氏系数，泥岩一般取f=3。

 

　　因此顶锚杆长度L顶为：

 

　　L顶=la+b+l1=2.53m

 

　　式中：la——锚固长度，取0.6m；

 

　　l1——锚杆外露长度，取0.1m。

 

　　根据技术规范中锚杆长度系列，取L顶为2.6m。

 

　　2.帮锚杆长度。

 

　　两帮非有效承载区宽度l'：

 

　　l'=+=1.3m

 

　　式中：fc——煤体普氏系数，取1.5。

 

　　帮锚杆长度L帮为：

 

　　L帮=l'+Z+l1=1.7m

 

　　式中：Z——帮锚杆锚固深度，取0.3m；

 

　　l1——锚杆外露长度，取0.1m。

 

　　根据技术规范中锚杆长度系列，取L帮为1.8m。

 

　　3.锚杆间排距和直径。

 

　　锚杆的间排距可按下式预算：

 

　　D=(1/3～1/2)L顶

 

　　式中：D为锚杆间排距，根据计算D=0.86～1.3m，根据巷道实际情况和同类巷道的支护经验取：顶板间排距为880mm×900mm，两帮间排距为850mm×900mm。

 

　　4.锚杆直径。

 

　　根据锚杆杆体承载能力和锚固力等强度原则确定锚杆直径，公式如下：

 

　　d=35.52=18.0mm～19.0mm

 

　　式中：Q——锚固力，由拉拔试验确定，参考淮南矿区资料，一般为90～100KN；

 

　　mg——杆体材料抗拉强度，Mpa，这里选择螺纹钢，强度为350MPa。

 

　　考虑现场情况取顶锚杆直径20mm，帮锚杆直径18mm。

 

　　5.锚索的支护参数。锚索采用国产通用Ф15.24mm低松弛1860级的钢绞线，锚索的锚固顶端必须进入稳定岩层1.5m，根据淮南矿区的地质条件，一般为6.3m，考虑到巷道直接顶为较厚的泥岩，取锚索长度6.5m。锚杆的间排距确定为1760mm×1800mm，即每隔两排锚杆布置两根锚索。

 

　　(二)支护方案的确定

 

　　依据巷道围岩稳定性分类原则及18228的开采技术条件，运输顺槽属于Ⅳ～Ⅴ类围岩，由于巷道顶板较软弱，因此采用高预拉力螺纹钢锚杆+M型钢带+菱形金属网联合支护技术，以形成刚性化顶板结构，旨在建立刚性梁，以克服顶板的离层、剪切破坏。由于巷道两帮为实体煤，一般情况下，其抗变形强度较巷道顶底板岩层弱，为了减小两帮的鼓帮变形，防止发生片帮的事故，两帮支护也采用同样的锚梁网联合支护的方式，这样既能加固两帮，又能有效控制顶板的下沉。顶锚杆规格Φ20×2600，设计扭矩不小于150Nm；帮锚杆规格Φ18×1800，设计扭矩不小于120Nm。
 

　　三、支护效果监测

 

　　(一)监测内容及方法

 

　　由于煤巷锚杆支护是一项隐蔽性很强的工程，围岩破坏失稳前一般没有明显的预兆，人们难于直接察觉，因此围岩破坏往往具有突发性。鉴于此，必须进行日常巷道矿压与支护质量监测，一方面通过随时观测巷道围岩活动情况，一旦发现异常可及时采取措施，保证安全生产，另一方面通过监测获得围岩稳定状况的信息，检验支护参数的合理性，为以后锚杆设计提供依据。 

 

　　(二)监测结果

 

　　1.表面位移。用十字布点法观测巷道顶底板及两帮相对位移量和底臌量。观测显示，在巷道开挖7天，相对变形明显，随后变形逐渐较小，最终稳定。观测的巷道表面位移累计变化量都小于200mm，都在设计许可的变形范围内。

 

　　2.顶板离层。同表面位移一样，顶板离层值也是在巷道开挖初期变化明显，随后逐渐减小。达到稳定时，离层值为49mm，小于临界离层值。

 

　　3.锚杆受力。观测显示，到变形稳定时，锚杆受力大部分在70kN以上，部分锚杆由于预紧力不够而小于70，这与扭力扳手检查的锚杆初锚力的质量结果相符，所以煤巷锚杆支护在质量管理方面还需加强。

 

 

　　1.实践表明，在大断面、松软顶板等特殊条件巷道中实施锚杆支护是可行，能够满足生产要求，并具有降低支护成本、减小劳动强度等优点，应在这类巷道推广锚杆支护技术。

 

　　2.锚杆支护参数的设计应根据现场条件，以科学理论和现场经验为指导。使设计参数在确保巷道稳定安全的前提下，兼顾经济效益，使锚杆支护达到最佳的综合效益。

 

　　3.锚杆支护的煤层巷道，必须施以必要的支护质量日常监测。