让压锚杆与强力锚杆在孤岛综放面的现场试验研究

王海强，张海粟，雷 鸣，杨永康

（1.潞安环能股份公司 常村煤矿，山西 长治 046103；2.太原理工大学 采矿工艺研究所，山西 太原 030024）

让压锚杆与强力锚杆在孤岛综放面的现场试验研究

王海强1，张海粟1，雷 鸣1，杨永康2

（1.潞安环能股份公司 常村煤矿，山西 长治 046103；2.太原理工大学 采矿工艺研究所，山西 太原 030024）

针对常村煤矿S3-3孤岛工作面所处大埋深、高地应力、破碎顶煤的围岩特点和巷道严重变形、锚杆锚索断裂严重的现状，研究出了高强让压锚杆，并对普通高强锚杆、强力锚杆、让压锚杆支护巷道在现场进行实测。研究表明，高强让压锚杆能够既让压又有高强锚固力，避免了高应力作用下杆体断裂，减少了巷道维护量，有效解决高地应力下巷道支护难题。

巷道支护；高强让压锚杆；强力锚杆；孤岛综放面

常村煤矿现采3号煤层，埋深大、地应力高，井田内陷落柱、断层、褶曲等构造多,开采时受到构造应力的影响，属于深井高应力下的软弱煤层开采。煤层均厚6 m，放顶煤采煤法，现采S3-3工作面为孤岛面。工作面顺槽沿煤层底板掘进，顶板需留3 m厚的煤作为巷道的直接顶板，加之巷道掘进时离采空区近，煤体强度较低，工作面顺槽地应力较高，给顺糟支护带来困难。S3-3皮带顺槽从2006年12月开始掘进，采用普通高强锚杆W钢带支护形式推进180 m，顶板网包严重、发生局部漏顶现象，围岩变形量大。为防止巷道出现大面积漏冒、坍塌，建设方被迫停止巷道掘进；采用强力锚杆支护后推进200 m后，发现又推进中强力锚杆有断裂现象。

1 大采深高应力巷道支护研究现状

锚喷联合支护是经济、高效、合理方式，它用积极主动的支护原理，保持围岩的整体性和稳定性，以控制围岩变形、位移、裂隙发展。近年来，煤巷锚杆支护理论和技术取得很大进展，工程实践证明锚喷联合支护经济合理，锚固系统机理也日趋完善[1-4]。

引起巷道变形的力学原因十分复杂，一般分为物化膨胀型、应力扩容型、结构变形型三大类[2]。物化膨胀型与软岩本身结构的物化特性有关，应力扩容型与力源有关，结构变形型与巷道结构、岩体结构特性有关。常村S3-3工作面为孤岛面，原岩应力大且受多次反复动压影响，属于应力扩容型。

大采深高应力破碎巷道施工中变形量大、变形速度快、流变显著，支护体破坏失效严重的问题，如何确保孤岛工作面大采深高应力大变形巷道锚杆、锚索等支护结构有效、安全、可靠，是需要解决的主要问题。

现代软岩支护理论认为[2]，围岩应力重分布后出现较大的塑性区和松动区，会引起随时间而增长的大变形。锚杆在大变形条件下无让压均压功能,是造成锚杆锚索破断的主要原因[2]，一直增加锚杆支护系统的强度并不能解决大采深高应力孤岛工作面煤巷支护难题。

在锚杆支护应力不受影响前提下，锚固系统若能适应围岩较大变形，使围岩在较大的约束限制下进行让压[5]、实现刚柔结合，以释放部分应力、使锚杆能够均匀受力、实现减少或避免锚杆破坏，提高支护系统的可靠性。因此让压锚固系统的研究迫在眉睫。

2 高强让压锚杆研究

常村煤矿与相关合作单位研究出高强让压锚杆支护系统，如图1所示。在高强锚杆托盘和螺母之间加一让压环,通过让压环在一定压力下的变形使围岩卸压,使锚固系统成为一体而整体受力，实现有效地控制高应力孤岛工作面难支护巷道的大变形。

3 现场使用工业性实验研究

图1 高强让压锚杆

3.1 掘进期间

从2007年2月8日开始，先在S3-3皮带顺槽进行工业性试验130m。巷道表面位移观测结果见表1。

表1 不同支护方式的巷道表面位移

由表看出，普通高强锚杆支护巷道，两帮移近量1 500 mm，顶板下沉量500 mm，围岩变形量大，锚杆排间距小、施工进度慢，增加材料消耗和降低掘进安全性。采用强力锚杆后，施工速度加快，巷道围岩变形量明显减小，但施工时锚杆断裂、钢带扭转撕裂现象严重、部分锚杆需要二次补打，说明锚杆支护系统强度满足围岩控制要求，但刚度不够。采用高强让压锚杆后，围岩表面变形量与高强锚杆相差不大，但掘进实验期间没有锚杆锚索断裂现象，锚杆受力状态明显改善，避免了巷道高应力造成的杆体断裂。为适应孤岛工作面复杂的围岩应力，确定采用高强让压锚杆掘进。分别在S3-3皮带顺槽和轨道顺槽、S4-3皮带顺槽和轨道顺槽、N2-3下皮带顺槽、S5回风下山、N32号回风巷中，推广试用高强高预应力可变形让压锚杆，截止2007年4月27日,巷道已施工5 000 m让压锚杆,取得良好支护效果，实现安全、快速、经济的掘进目标，并取得了月进3 297.8 m的好水平。

3.2 回采期间

S3-3工作面两巷断面相同、支护参数相同，部分地段分别采用高强锚杆和高强让压锚杆，回采期间两巷的矿压显现规律应相同。回采期间对S3-3工作面两巷作了的记录，见表2。在超前工作面50 m范围内，围岩表面位移相差不大，但是采用高强让压锚杆断裂1根，采用强力锚杆断裂8根。

表2 皮顺让压锚杆、轨顺强力锚杆（50m内的变化情况）

4 经济比较

采用让压锚杆支护费用为2 506元/m，采用强力锚杆支护费用2 593元/m，节约资金87元/m；以年掘进30 000 m计算，每年节约资金261万元。强力锚杆存在断裂现象，掘进期间掘进工作面往外就一直断裂。S3-3皮顺若用强力锚杆（1月26日～2月24日强力锚杆支护段断裂353根，相当于掘进27 m巷道材料），采用让压锚杆支护每月约节约3万元材料费用，补打锚杆费用约3万元(按断一根补打一根考虑)，补打人工费用按90元/工，每班补打40根，需要2人，每月多投工近20个(1 800元)。每月节约资金合计6.217万元；每年节约资金合计74.6万元。

5 结束语

(1)高强让压锚杆能够既让压又有高度锚固力，能有效控制围岩的变形和破坏，避免了高应力下的杆体断裂、减少了巷道维护量，能够有效解决大采深高应力孤岛工作面巷道支护难题。(2)新的支护理念和高强让压锚杆，能以较低成本实现巷道围岩变形控制效果好，充分体现了高强度、高刚度、低密度的支护设计理念。

[1] 康天合，郜进海，潘永前.薄层状碎裂顶板综采切眼锚固参数与锚固效果[J].岩石力学与工程学报，2004，23（增2)：4930-4935.

[2] 何满朝.中国煤矿软岩巷道支护理论与实践[M].徐州，中国矿业大学出版社，1996.

[3] 杨永康，康天合，等.层状碎裂围岩特大断面换装硐室施工性态及稳定性分析[J].岩石力学与工程学报，2010，29(11)：2293-2303.

[4] 杨永康，季春旭，等.大厚度泥岩顶板煤巷破坏机制及控制对策研究[J].岩石力学与工程学报，2011，30(1)：58-67.

[5] 张小康，王连国，等.高强让压锚杆支护效果数值模拟研究[J].采矿与安全工程学报，2008,25(1)：46-49.

Abstract:On the S3-3 isolated working face of Changcun mine,the surrounding rocks are characteristic of large buried depth,high geostress and broken top coal;the roadways deformation and bolt-anchor fractures are severe.To solve the problems,a high-strength yielding bolt is presented.The normal high-strength bolt,powerful bolt,and yielding bolt are also tested in site.The results show that the high-strength yielding bolt not only is yieldable,but also has high-strength anchoring force,which can avoid bolt breaking under high stress,reduce roadway maintenance work,and solve the supporting problems under high geostress.

Key words:roadway support;high-strength yield bolt;powerful bolt;isolated fully-mechanized mining faces

编辑：徐树文

Field Test of Yield Bolts and Powerful Bolts in Isolated Fully-mechanized Mining Faces

WANG Hai-qiang1,ZHANG Hai-li1,LEI Ming1,YANG Yong-kang2
(1.Changcun Mine,Lu'an Green Energy Co.,Changzhi Shanxi 046103;2.Mining Technology Institute,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024)

TD353

A

1672-5050（2012）07-0043-03

2012-03-01

王海强（1982—），男，山西长治人，在读工程硕士，助理工程师，从事煤矿生产技术工作。