b090102 復(fù)合頂板回采巷道錨、梁、網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

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1、復(fù)合頂板回采巷道錨、梁、網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)穆海洋畢業(yè)武蒲文龍【黑龍江科技學(xué)院安全工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150027】摘要結(jié)合東海煤礦錨桿支護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀，針對(duì)東海礦21綜采面傾斜長(zhǎng)壁工作面具體地質(zhì)條件，介紹了復(fù)合頂板回采巷道錨、梁、網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)的試驗(yàn)情況。根據(jù)巷道支護(hù)難點(diǎn)，提出了支護(hù)技術(shù)方案，確定了錨、梁、網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)參數(shù)；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)實(shí)驗(yàn)證明該巷道采用錨、梁、網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，既改善了巷道圍巖的變形，又保證了工作面正?；夭?。關(guān)鍵詞回采巷道復(fù)合頂板錨、梁、網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)----------------------------------

2、-------------------------------------1問題提出錨桿支護(hù)從1955年開始在煤礦巷道中使用，經(jīng)過多年的研究、改進(jìn)和工程實(shí)踐，已成為我國(guó)煤礦巷道的主要支護(hù)形式之一，其主要特點(diǎn)是支護(hù)費(fèi)用少，勞動(dòng)強(qiáng)度小，實(shí)現(xiàn)巷道大斷面較易等。隨著錨、梁、網(wǎng)組合使用，進(jìn)一步擴(kuò)大了錨桿支護(hù)的應(yīng)用范圍。1979年錨桿支護(hù)巷道542km，占全部巷道的36.3%；1996年增加到897.18km，占全部巷道的57.34%。其中，巖巷、半煤巖巷、煤巷均得到應(yīng)用，采用錨桿支護(hù)的范圍正在擴(kuò)大。錨桿支護(hù)在煤巷的擴(kuò)大應(yīng)用，必將促進(jìn)煤炭工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。如今在地

3、壓小，斷層破碎帶少的煤礦，基本實(shí)現(xiàn)全錨化[1～2]。東海煤礦21綜采面回采巷是復(fù)合頂板巷道，支護(hù)極其困難。該礦以往采用傳統(tǒng)的工字鋼架棚支護(hù)，當(dāng)開采頂部煤層時(shí)，由于回采產(chǎn)生的巨大壓力，往往會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的支護(hù)變形、破壞，很容易造成冒頂，需經(jīng)常進(jìn)行維修；在工作面前需拆棚、回掘等，工序復(fù)雜而危險(xiǎn)。組合錨桿支護(hù)作為一種主動(dòng)支護(hù)形式，有利于工作面端頭的支護(hù)和安全回采。2工程地質(zhì)背景21綜采面為傾斜長(zhǎng)壁工作面，位于-592m水平東一采區(qū)，工作面回采巷長(zhǎng)1685m，軌道巷長(zhǎng)1600m，切眼長(zhǎng)240m，傾角2～5°。巷道均沿8煤頂板掘進(jìn)，煤厚在2.5～3.45m之間，平均

4、厚度為3.0m。巷道頂板相變較大，多數(shù)區(qū)段頂板為灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖，偽頂為炭質(zhì)泥巖，厚度為0.1～0.3m，局部區(qū)段頂板為灰色或灰白色細(xì)、中粒砂巖基本頂，8煤頂板為典型的復(fù)合層狀頂板，8煤頂、底板巖性如圖l所示。圖18煤巖性柱狀圖3復(fù)合頂板特點(diǎn)與破壞機(jī)理3.1復(fù)合頂板特點(diǎn)所謂復(fù)合頂板，其本質(zhì)就是離層型頂板，即上覆于煤層由多層厚度較小，層理、節(jié)理和裂隙發(fā)育、強(qiáng)度低的軟弱煤巖層相間構(gòu)成，各巖層之間黏結(jié)力較弱甚至無黏結(jié)力，與上部巖層膠結(jié)性差的一層直接頂。一般經(jīng)采動(dòng)影響，復(fù)合頂板因巖石強(qiáng)度低分層薄，其撓度比上部巖層大而向下彎曲，且上、下巖層膠結(jié)性差，附著力低

5、，因而容易離層，在巷道發(fā)生局部冒頂?shù)氖鹿手?，?fù)合型的破碎頂板占相當(dāng)大的比例[3～4]。3.2巷道頂板破壞機(jī)理3.2.1巷道頂板破壞的一般過程頂板受壓變形→巖石局部屈服變形→節(jié)理弱面發(fā)生破壞→頂板較低層位發(fā)生彎曲變形(伴有局部巖塊脫落)→巖層發(fā)生拉伸或局部剪切破壞→巷道頂板變形破壞。3.2.2塑性破壞機(jī)理①巷道圍巖在高地應(yīng)力作用下，發(fā)生應(yīng)力擴(kuò)容變形而破壞。②巷道圍巖中含有膨脹性軟巖，吸水發(fā)生膨脹變形而使圍巖發(fā)生破壞。③錨固平衡拱內(nèi)巖石由彈性體轉(zhuǎn)變?yōu)槠茐乃蓜?dòng)體，使錨桿喪失加強(qiáng)錨固平衡拱的約束離層和抗剪切兩個(gè)基本作用，導(dǎo)致圍巖破壞。④巷道開挖后，巷道圍巖是先

6、由壓應(yīng)力引起的擠壓破壞，隨著擠壓破壞向圍巖深處發(fā)展，引起巖石裂隙擴(kuò)張和體積膨脹，造成巷道周邊巖層彎曲，而產(chǎn)生彎曲拉應(yīng)力，導(dǎo)致頂板巖層破壞。3.2.3結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理①巷道開挖后，巖層抗水平應(yīng)力的截面減少，在水平應(yīng)力作用下煤層沿水平層理面向巷道擠入，致使巷道幫頂受水平應(yīng)力作用而破壞。②圍巖中節(jié)理構(gòu)造面的存在對(duì)圍巖的承載能力及其穩(wěn)定性影響很大，尤其是節(jié)理面與最大主應(yīng)力方向斜交時(shí)，巖體最容易沿節(jié)理弱面破壞而失穩(wěn)。③巷道開挖后，圍巖受力狀態(tài)由三軸應(yīng)力變?yōu)閱屋S壓應(yīng)力狀態(tài)，由于巖石單軸抗壓強(qiáng)度低，致使圍巖產(chǎn)生塑性破壞或沿節(jié)理弱面破壞、隨著錨固巖體的變形、離層和彎曲，巷

7、道中部的錨桿始終受力，若錨桿的長(zhǎng)度、剛性越大，會(huì)使之受力越大，錨桿受力即可達(dá)到強(qiáng)度極限而破壞，則巖層發(fā)生破壞。4復(fù)合頂板錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)4.1復(fù)合頂板錨桿支護(hù)機(jī)理復(fù)合層狀頂板在層狀巖層中開拓的巷道與均質(zhì)的巖層中明顯不同，巖層的層面有三種主要性質(zhì)對(duì)開采是很重要的。第一，垂直于巖層層面的抗拉強(qiáng)度低，個(gè)別出現(xiàn)明顯裂隙的地方甚至為零。第二，是層面的抗剪強(qiáng)度比完整的巖層低。第三，是這類煤層中開掘巷道多不破頂，這三個(gè)特性決定了層狀巖層對(duì)下煤層中開掘巷道產(chǎn)生的特殊力反應(yīng)。對(duì)于層狀煤層體中開掘巷道，其支護(hù)原則是：第一，充分發(fā)揮圍巖的自承能力，即完整性，尤其是頂板；第二，是

8、采取措施提高圍巖的強(qiáng)度。而滿足這兩個(gè)要求的理想支護(hù)就是錨桿支護(hù)，這時(shí)通過錨桿提供的錨固力和預(yù)緊