锚杆巷道过陷落柱的支护技术研究

陈 凯

（晋煤集团宏圣矿建安装公司，山西 晋城 048000）

锚杆巷道过陷落柱的支护技术研究

陈 凯

（晋煤集团宏圣矿建安装公司，山西 晋城 048000）

本文根据赵庄煤矿1301工作面12014巷过陷落柱的情况，研究了锚杆、锚索、喷浆在过陷落柱的技术，并应用于实践，取得较好效果。

锚杆；支护；陷落柱

1 赵庄煤矿相关概况

1301综采工作面采用大采高采煤工艺、三进一回布置方式。工作面东侧为两条进风顺槽，靠近的顺槽为12011巷，较远的顺槽为12013巷。工作面西侧有两条顺槽，靠近的顺槽为进风顺槽（12012巷），掘进时沿煤层顶板留底煤布置；12014巷为回风顺槽（瓦斯尾巷），掘进时沿煤层顶板留底煤布置。12014巷为矩形断面，净宽4.7m，毛宽4.9m，净高3.5m，毛高3.6m，掘进断面积17.64m2。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，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

为便于施工，巷道仍用矩形断面。

2.1 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，胶结情况差，陷落柱附近可能有隐伏小断层、裂隙、牵引褶曲、煤层倾角变大等地质构造，或者会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，每掘进3m，必须进行锚杆锚固力试验；锚索预紧力保证根根达要求。若巷道内顶板锚杆、锚索没有可锚性时，则需另行制定支护设计方案。

2.2 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，为提高顶板整体强度，采用高强度锚杆全长锚固支护，并缩小锚杆间排距。锚杆的主要作用是：1）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和滑动，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、稳定性，从而有效控制围岩变形和破坏。2）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，岩层与杆体共同起抗剪作用，阻止岩层滑动。

2.3 缩小锚索间排距，加强锚索的支护作用

陷落柱区顶板在锚杆不能伸入到关键承载层内时，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，就须发挥锚索具有锚固深度大、锚固力大、可施加较大预紧力等优点，必须进行锚索加固、缩小锚索间排距、加强锚索的支护作用。锚索的主要作用有：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、转动时，也不会失稳，防止顶板垮落。

2.4 巷道掘进完毕后，必须及时喷桨处理

针对陷落柱内顶板充填物为泥岩、砂岩等，胶结情况差，极易风化的特点。巷道掘进完毕后，必须及时喷浆封闭陷落柱内胶结顶板，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，便于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

根据上述要求及分析：应采用高强度、高刚度锚网索喷组合支护系统。高强度要求锚杆有较大破断力，高刚度要求锚杆有较大预紧力、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。具体支护设计，见图1。

图1 过陷落柱锚杆支护示意图

（1）顶板支护：锚杆杆体为22号左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2.4m，杆尾螺纹M24，锚杆排距800 mm，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，一支为K2335，两支为Z2360，钻孔直径30mm，锚固力不小于100 kN，预紧力矩不小于400N·m。钢筋托梁规格：采用Φ14mm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100 mm，以便安装锚杆；锚索规格：锚索采用Φ22mm钢绞线，长度7.3m，每排2根，排距1.6m，钻孔直径30mm；三支锚固剂（一支为K2335，两支为Z2360），锚固长度1 406mm，锚索预紧力不小于250 kN；托盘：采用拱形高强度托盘，规格为150mm×150mm×8mm。金属网：采用5.1m×0.9m的金属菱形网护顶。

（2）帮部支护：锚杆杆体为22号左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2.4m，杆尾螺纹M24，锚杆排距800 mm，间距950mm，每排4根锚杆，锚固方式：采用树脂加长锚固，采用三支锚固剂，一支为K2335，两支为Z2360，钻孔直径30mm，锚固力不小于100 kN，预紧力矩不小于400N·m。钢筋托梁规格：采用Φ14 mm的钢筋焊接而成，宽度80mm，长度2.1m和1.05m，在巷帮从上向下第3根锚杆处重叠安装，安装锚杆的位置焊接两段纵筋，纵筋间距100mm，以便安装锚杆。锚索规格：锚索采用Φ22mm钢绞线，长度5.4m，每排2根，排距1.6m，钻孔直径30mm；三支锚固剂（一支为K2335，两支为Z2360），锚固长度1406mm，锚索预紧力不小于250 kN。托盘：采用拱形高强度托盘，规格为150mm×150mm×8mm。金属网采用3.6m×0.9m的金属网护帮。

4 现场实施及使用效果

4.1 现场实施监测

现场施工人员按照支护设计进行施工，并在巷道陷落柱区处安设一组综合测站，监测巷道表面位移变化及锚杆锚索的受力变化趋势。图2为巷道表面位移变化曲线图，由图分析可知：1）巷道基本稳定后，顶板下沉量最大30mm，两帮移近量最大151 mm，巷道没发生大变形破坏，不需二次修复就能满足安全使用要求；并且说明，锚杆间距1.1m、排距0.8m，锚索排距1.6m且锚杆锚索施加高预紧力等设计基本合理。

2）巷道顶帮采用C20的混凝土进行喷浆封闭，阻止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的完整性与稳定性，避免了锚杆、锚索因岩石风化造成的失效，从而有效控制围岩变形和破坏。图2中巷道顶板下沉量不足30mm，就是很好说明。

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，采用高强度锚杆全长锚固支护，缩小锚杆间排距，且在锚杆、锚索施工时就及时地施加高预应力，充分发挥了锚杆系统积极、主动支护巷道表面围岩的效果，很好地控制了巷道围岩的变形破坏，保证了巷道的安全使用。

图2 巷道表面位移监测变化曲线图

图3为巷道顶板锚杆、锚索受力监测变化趋势图，其中1号-5号为锚杆测力计监测结果，6号-7号为锚索测力计监测结果。由图可知：1）图中锚杆、锚索受力没有发生明显变化，锚杆受力变化基本在6.0 t左右，锚索受力变化基本在18.5 t左右。2）锚杆锚索受力，比较稳定，不是逐渐增大，这说明陷落柱区巷道顶板通过施加高预紧力锚杆、锚索锚固后，顶板没有发生离层、破碎等现象，巷道完整性较好。3）锚杆、锚索施工时及时地施加高预应力，起到应有支护效果，基本控制巷道围岩的离层、扩容、破碎等变形，阻止巷道围岩的进一步破坏，保证了巷道围岩的整体完整性；反过来讲，巷道围岩的整体完整性又减少了锚固区锚杆、锚索被动受挤压和受力逐渐增大的趋势。总的来看：图3中锚杆、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250 kN是合理的。

图3 巷道顶板锚杆锚索受力变化曲线图

4.2 支护使用效果

1）通过采用上述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1301综采工作面的瓦斯尾巷的使用。

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，虽后期采用了架棚支护的补救措施，但是仍有多架棚受压破裂，这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，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。因此，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，必须采用高预应力强力一次支护理论，尽可能地一次支护就能保证陷落柱区巷道顶板的完整性，避免了巷道在离层、破碎等破坏后再进行二次支护或维修。

（3）高预应力强力锚杆锚索支护系统，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）本次巷道锚杆支护设计，一定程度上解决了陷落柱区巷道顶板的支护难题，设计具有示范性，可在类似条件有支护难题的巷道推广应用。

Support Technology of Anchor Roadway Passing Collapsing Columns

CHEN Kai

(Hongsheng Mine Construction and Installation Co.,Jincheng Coal Group,Jincheng Shanxi048000)

On the ground of 12014 roadway(1301 working face,Zhaozhuang Mine)passing collapsing columns,the study focused on the corresponding technology of anchor,cable and shotcrete.And the results were applied in the practice and achieved good effects.

anchor;support;collapsing columns

TD323+.7

A

1672-5050（2011）09-0047-03

2011-04-12

陈 凯（1973—），男，山西晋城人，大专，助理工程师，从事煤矿技术研究及管理工作。

刘新光