再生胶结顶板巷道锚杆支护探讨

龙军

（四川省煤田地质工程勘察设计研究院，四川 成都 610072）

1 引言。

目前，国内煤巷锚杆支护在中硬以上、围岩稳定程度较高的I、II、III类回采巷道中已基本成熟[1,4,5]，但我国厚煤层储量非常丰富，下分层工作面较多，下分层工作面的上下两巷支护技术已严重制约该类工作面的生产效益，开展该类巷道支护技术研究，对提高矿井技术经济效益具有重要意义。

在再生胶结顶板条件下，煤巷围岩松软、破碎，受采动影响后巷道变形量大。若采用架棚支护，不能主动支护顶板，再生胶结顶板破碎，由承载体完全转变成为载荷体，而锚杆能对巷道通过加固围岩而改善围岩的受力状态[6,7]，将巷道围岩由载荷体部分变为承载体，而且预应力锚杆还对围岩起着主动支护作用，克服了巷道的早期离层现象，这种支护比普通锚杆支护有更强的支护能力和适应范围。根据煤层及再生顶板胶结情况，下分层巷道能够采用预应力锚杆锚索联合支护，对改善下分层巷道支护手段及质量有着十分重要的意义。

2 树脂锚杆对再生胶结顶板的适应条件

厚煤层开采时，在一定的顶板条件下人为注水，采空区垮落的矸石经过压实固结形成再生胶结顶板。再生顶板岩层岩性、结构，地质条件及生产技术条件不同，再生胶结顶板强度、厚度及上覆岩层性质差别很大[2]。根据对树脂锚杆锚固力及树脂锚杆与再生胶结顶板相互作用关系的分析研究，认为适于加长锚固树脂锚杆支护的巷道再生胶结顶板的条件如下：

(1)再生胶结顶板厚度超过锚杆锚固长度；(2)再生胶结顶板厚度小于锚杆锚固长度，其上部未胶结成再生顶板，但锚杆锚固在再生胶结顶板上部规则垮落带内；(3)再生胶结顶板厚度小于锚杆锚固长度，其上部未胶结成再生顶板，但锚杆锚固在再生胶结顶板上部被压实的不规则垮落带内。

当锚杆锚固在再生胶结顶板上部未压实的不规则垮落带，即锚固在由不规则垮落带向规则垮落带过渡区域时，由于岩层层位之间存在空隙，大量树脂被挤进不规则垮落带和规则垮落带岩层的离层间隙内，降低了杆体与孔壁之间树脂的密实程度，不利于锚固剂的密实充填，锚杆锚固力不稳定且较小。

根据对树脂锚杆锚固力及树脂锚杆与再生胶结顶板相互作用关系的分析，通过计算上分层采过后直接顶板和基本顶岩层的位置，可以确定是否使用树脂锚杆：如果锚杆前锚固端接近直接顶板和基本顶岩层分界面，不宜使用树脂锚杆；如果锚杆前锚固端远离直接顶板和基本顶岩层分界面，可以使用树脂锚杆。

3 工程实例

3.1 工程地质条件。试验巷道下分层煤层厚度为1.8m，煤层倾角12°～19°，平均17°。直接顶为1.2～4.0m厚的胶结层和砂页岩垮落岩块，基本顶为2.8m厚的砂岩，直接底为1.0m厚的砂页岩。上分层工作面已开采完毕11a，采高2.4～2.8m，平均采高2.6m，已压实。下分层巷道布置于临近煤柱的次高应力区[3],下分层与上分层内错间距为4m，

3.2 锚杆支护参数。在地质力学及巷道维护状况调查的基础上，依据对再生顶板胶结层厚度、胶结程度、松散矸石层厚度的测定和对现有的巷道支护进行评价及采用数值模拟，设计309工作面材料道支护方案及支护参数(见图1)。

巷道断面近似矩形，宽3000mm，中高2200mm。顶板锚杆为等强度螺纹钢树脂锚杆φ20L2000mm，每排6根，每根锚杆药卷为K2335、Z2350各1卷；两帮为钢筋树脂锚杆，φ16L1800mm，每根锚杆树脂药卷Z2335两卷，柳木托板400×200×50mm，外加铁托板150×150mm。锚杆间排距550×700mm。

锚索采用φ15L6000mm，间距3500mm，五花眼布置方式，锚索托梁长750mm，在托梁下垫150×150mm平托板，使用药卷K2360、Z2360各一卷，锚入基本顶800mm深。

顶、帮铺金属菱形网，巷帮使用φ12mm圆钢梯子梁，顶板采用"〔"形W钢带加直角加固托板。

图1 支护布置图

4 再生胶结顶板锚杆支护围岩变形规律。试验巷道矿压显现观测资料表明：下分层再生胶结顶板巷道锚杆支护条件下，掘进影响时间较长，无采掘影响稳定期围岩移近速度较大，但采动影响表现较缓和，在服务期间基本不需维修(见图2、图3)。其巷道围岩变形规律为：

图2 掘巷期间材料道维护效果

图3 回采工作面前方50m材料道维护效果

(1)巷道掘进影响时间较长，大约20d左右(见图4)，掘巷影响期间巷道围岩顶底板相对移近速度最大11mm/d，平均5mm/d，顶底板相对移近量100mm；两帮相对移近速度最大6mm/d，平均3mm/d，两帮相对移近60mm。

(2)巷道无采掘影响相对稳定期内，围岩移近速度较大，底板相对移近速度平均达到2.0mm/d，两帮相对移近速度平均达到1.2mm/d(见图 4)。

(3)回采工作面超前影响距离20m左右，剧烈影响范围10m(见图5)；受采动影响期间巷道围岩顶底板相对移近速度最大33mm/d，平均17mm/d，顶底板相对移近量小于200mm；两帮相对移近速度最大13mm/d，平均7.5mm/d，两帮相对移近90mm。

图4 掘进期间围岩相对移近速度

图5 回采期间巷道围岩移近速度

结论

(1)再生胶结顶板巷道采用等强度树脂锚杆支护，经济效益显著，与棚式支护比较，直接经济效益每米巷道可节省1200元。工作面回采期间，工作面端头支护和超前支护密度减小，支护工序简化；改善了工作面材料道的维护状况，促进工作面稳产高产；同时，巷道断面利用率高，安全得到有力的保障，明显减少巷道掘进的辅助运输工作量，加快巷道掘进速度，社会效益显著。

(2)如果锚杆前锚固端接近直接顶板和基本顶岩层分界面，不宜使用树脂锚杆；如果锚杆前锚固端远离直接顶板和基本顶岩层分界面，可以使用树脂锚杆。因此，树脂锚杆在再生胶结顶板巷道具有较广阔的应用空间。

[1]侯朝炯，郭励生，勾攀峰.煤巷锚杆支护[M].徐州：中国矿业大学出版社，1999.

[2]赵和松.顶板再生机理及参数的研究，煤炭科学技术[J].1992.3.

[3]杨建辉，蔡美峰，郭延华.下分层回采巷道微量内错布置技术研究 [J].岩石软科学与工程学报，2002.8.

[4]李德忠，何重伦.三软回采巷道锚杆支护参数的选择[J].建井技术.2003.24(1)：30～32，29.

[5]柏建彪等.巷道顶板锚杆支护机理的极限载荷分析[J].矿山压力与顶板管理，1999年，(3/4)：164～166.

[6]宋振骐，蒋金泉.煤矿岩层控制的研究重点与方法，岩石力学与工程学报[J].1996.6第15卷第二期.

[7]柏建彪，侯朝炯.复合顶板极软煤层巷道锚杆支护技术研究.岩石力学与工程学报[J].2001.1 No20(1).