整体耦合高位让均压支护在煤矿中的应用

徐学富

【摘 要】 为了解决红会四矿多煤层开采支承压力影响下的巷道支护问题，捷马和红会四矿应用整体耦合高位让均压的理念，对红会四矿4701回风顺槽的支护进行了改革实践。本文介绍了耦合高位让均压的设计理念和方法。

【关键词】 四维耦合高位让均压工况点  安装载荷  耦合和让均压装置  耦合让均压工况点图

1 引言

由于受一煤层开采应力集中的影响，二煤层巷道支护一直是红会四矿安全生产的一个难题。两年来，捷马公司和红会矿共同开始巷道支护改革，采用了捷马公司的耦合高位让均压支护技术，成功的解决了受一煤开采高支承压力动压影响下的二煤4701回风顺槽的支护问题。

2 整体耦合高位让均压的理念

巷道锚杆（索）支护是按一定设计的间排距由数根锚杆（索）组成。由于沿巷道周边变形大小不一，锚杆和锚索物理力学性质和几何尺寸不同，造成不同位置的锚杆（索）变形和载荷不同，为了达到充分发挥每根个体锚杆（索）的作用， 防止锚杆（索）早期破断，达到共同支护围岩的作用，个体支护体间也必须达到变形和受力耦合（均压）。整体耦合定义为：个体支护体和围岩间的耦合（让压）和支护体和支护体之间的耦合（均压）。所以整体耦合包括以下几方面的内容：（1）锚杆系统和围岩耦合：锚杆支护系统的支护强度和变形性能必须和围岩耦合以达到围岩的稳定平衡。（2）锚索系统和围岩耦合：同样，锚索系统作为支护的一部分其变形性能必须和围岩耦合以达到围岩的稳定平衡。（3）锚杆间的耦合：由于顶板和两帮在不同位置的锚杆所经受的位移和应力过程不同，所以受力差别很大，这有可能造成受力大的锚杆首先破断而把力传替到临近的锚杆造成锚杆顺序分别破断。（4）锚杆和锚索的耦合：锚杆和锚索间的变形耦合也非常重要。从支护体本身来讲，锚杆和锚索存在着物理力学性质和几何尺寸的差别，这种差别如果在设计和使用过程中不当，会引起锚杆或锚索由于变形协调不好造成受力不均甚至破断。

3 耦合工况点设计的理论依据和弹塑性力学解

根据弹塑性力学理论和现场经验，巷道开挖后在巷道围岩将变形破坏，在巷道围岩将产生松散区，塑性变形区和弹性区。定性的分析这些区域的大小影响因素有利于建立合理的支护理念。定量的近似计算是确定锚杆（索）长度的基础。图1为围岩破坏变形后的分区示意图。

（1）支护范围（锚杆长度）：在围岩的切向应力小于围岩原岩应力范围内，围岩发生松散破坏。此区域成为松散区。松散区边界上的切向应力和原岩应力相等，松散区内部的应力小于原岩应力。锚杆的有效长度必须大于松散区半径。松散区半径的大小和支护方式和支护强度密切相关，因此必须确定松散区半径和支护强度的关系。（2）支护强度和锚杆的变形要求：根据弹塑性力学理论，巷道开挖后在巷道围岩将产生松散区，塑性变形区和弹性区。支护系统将经受围岩的变形过程并在这过成中承载。 支护体的受力大小和允许围岩变形关系密切。 过小的允许变形支护系统受力过大，而过大的允许变形又很难保证巷道围岩的稳定性。所以在巷道支护设计时应该在保证围岩稳定条件下，在合理支护强度下允许围岩有一定变形。（3）安装载荷：安装载荷是主动支护的源泉。适当的安装载荷一方面可以改善围岩的应力状态并在围岩中形成主动加固梁提高围岩的自承能力。同时，安装载荷可以改善锚杆支护系统的工作性能。合理安装载荷的设计和现场实现是围岩支护的重要因素之一。

4 支护系统设计和支护效果

4.1 支护系统设计

根据设计的四维耦合高位让均压工况点，采用整体耦合高位让均压支护系统设计。采用Φ20×2400mm高强耦合高位让均压锚杆，最大抗拉强度大于23吨。锚杆安装载荷不小于4吨。让压点为15吨。最大让均压距离35mm，间排距为800x1000，采用k2335×2树脂锚固剂;辅助支护采用18.9X5000mm整体耦合让均压鸟窝锚索，锚索让压点载荷为25吨，让均压距离为40mm。巷道支护总体设计如图2所示。

4.2 支护效果结论

4701回风顺槽掘进后，已经经受了一煤层4602工作面长壁回采底板支承压力的影响。总体来讲，巷道支护效果良好。矿压观测结果表明：顶底板移近量平均70mm;两帮移近平均200mm.锚杆最终载荷达到20吨左右，90%的耦合让均压装置都在规定的吨位启动变形，充分起到了耦合高位让均压的作用; 锚索平均载荷达到了31吨，90%的耦合让均压装置都在规定的吨位启动变形，充分起到了耦合高位让均压的作用，解决了锚索延伸率和锚杆不匹配的问题。在整个过程中，没有锚杆（锁）的破断发生，巷道没经过任何翻修。整体耦合高位让均压作为一种新的支护理念在红会四矿已经得到了成功的应用。解决了多煤层开采层间支承压力影响下的支护问题。同时这种设计理念也适合在软岩，大采深，高应力等复杂地质条件。

参考文献：

[1]王亚杰.深井高地压、大变形围岩巷道支护技术及锚杆设计.矿支护，2008，（1）：8-18.

[2]王亚杰.孤岛工作面顺槽防冲耦合让压支护技术研究.锚杆支护，2012年第四期.endprint

【摘 要】 为了解决红会四矿多煤层开采支承压力影响下的巷道支护问题，捷马和红会四矿应用整体耦合高位让均压的理念，对红会四矿4701回风顺槽的支护进行了改革实践。本文介绍了耦合高位让均压的设计理念和方法。

【关键词】 四维耦合高位让均压工况点  安装载荷  耦合和让均压装置  耦合让均压工况点图

1 引言

由于受一煤层开采应力集中的影响，二煤层巷道支护一直是红会四矿安全生产的一个难题。两年来，捷马公司和红会矿共同开始巷道支护改革，采用了捷马公司的耦合高位让均压支护技术，成功的解决了受一煤开采高支承压力动压影响下的二煤4701回风顺槽的支护问题。

2 整体耦合高位让均压的理念

巷道锚杆（索）支护是按一定设计的间排距由数根锚杆（索）组成。由于沿巷道周边变形大小不一，锚杆和锚索物理力学性质和几何尺寸不同，造成不同位置的锚杆（索）变形和载荷不同，为了达到充分发挥每根个体锚杆（索）的作用， 防止锚杆（索）早期破断，达到共同支护围岩的作用，个体支护体间也必须达到变形和受力耦合（均压）。整体耦合定义为：个体支护体和围岩间的耦合（让压）和支护体和支护体之间的耦合（均压）。所以整体耦合包括以下几方面的内容：（1）锚杆系统和围岩耦合：锚杆支护系统的支护强度和变形性能必须和围岩耦合以达到围岩的稳定平衡。（2）锚索系统和围岩耦合：同样，锚索系统作为支护的一部分其变形性能必须和围岩耦合以达到围岩的稳定平衡。（3）锚杆间的耦合：由于顶板和两帮在不同位置的锚杆所经受的位移和应力过程不同，所以受力差别很大，这有可能造成受力大的锚杆首先破断而把力传替到临近的锚杆造成锚杆顺序分别破断。（4）锚杆和锚索的耦合：锚杆和锚索间的变形耦合也非常重要。从支护体本身来讲，锚杆和锚索存在着物理力学性质和几何尺寸的差别，这种差别如果在设计和使用过程中不当，会引起锚杆或锚索由于变形协调不好造成受力不均甚至破断。

3 耦合工况点设计的理论依据和弹塑性力学解

根据弹塑性力学理论和现场经验，巷道开挖后在巷道围岩将变形破坏，在巷道围岩将产生松散区，塑性变形区和弹性区。定性的分析这些区域的大小影响因素有利于建立合理的支护理念。定量的近似计算是确定锚杆（索）长度的基础。图1为围岩破坏变形后的分区示意图。

（1）支护范围（锚杆长度）：在围岩的切向应力小于围岩原岩应力范围内，围岩发生松散破坏。此区域成为松散区。松散区边界上的切向应力和原岩应力相等，松散区内部的应力小于原岩应力。锚杆的有效长度必须大于松散区半径。松散区半径的大小和支护方式和支护强度密切相关，因此必须确定松散区半径和支护强度的关系。（2）支护强度和锚杆的变形要求：根据弹塑性力学理论，巷道开挖后在巷道围岩将产生松散区，塑性变形区和弹性区。支护系统将经受围岩的变形过程并在这过成中承载。 支护体的受力大小和允许围岩变形关系密切。 过小的允许变形支护系统受力过大，而过大的允许变形又很难保证巷道围岩的稳定性。所以在巷道支护设计时应该在保证围岩稳定条件下，在合理支护强度下允许围岩有一定变形。（3）安装载荷：安装载荷是主动支护的源泉。适当的安装载荷一方面可以改善围岩的应力状态并在围岩中形成主动加固梁提高围岩的自承能力。同时，安装载荷可以改善锚杆支护系统的工作性能。合理安装载荷的设计和现场实现是围岩支护的重要因素之一。

4 支护系统设计和支护效果

4.1 支护系统设计

根据设计的四维耦合高位让均压工况点，采用整体耦合高位让均压支护系统设计。采用Φ20×2400mm高强耦合高位让均压锚杆，最大抗拉强度大于23吨。锚杆安装载荷不小于4吨。让压点为15吨。最大让均压距离35mm，间排距为800x1000，采用k2335×2树脂锚固剂;辅助支护采用18.9X5000mm整体耦合让均压鸟窝锚索，锚索让压点载荷为25吨，让均压距离为40mm。巷道支护总体设计如图2所示。

4.2 支护效果结论

4701回风顺槽掘进后，已经经受了一煤层4602工作面长壁回采底板支承压力的影响。总体来讲，巷道支护效果良好。矿压观测结果表明：顶底板移近量平均70mm;两帮移近平均200mm.锚杆最终载荷达到20吨左右，90%的耦合让均压装置都在规定的吨位启动变形，充分起到了耦合高位让均压的作用; 锚索平均载荷达到了31吨，90%的耦合让均压装置都在规定的吨位启动变形，充分起到了耦合高位让均压的作用，解决了锚索延伸率和锚杆不匹配的问题。在整个过程中，没有锚杆（锁）的破断发生，巷道没经过任何翻修。整体耦合高位让均压作为一种新的支护理念在红会四矿已经得到了成功的应用。解决了多煤层开采层间支承压力影响下的支护问题。同时这种设计理念也适合在软岩，大采深，高应力等复杂地质条件。

参考文献：

[1]王亚杰.深井高地压、大变形围岩巷道支护技术及锚杆设计.矿支护，2008，（1）：8-18.

[2]王亚杰.孤岛工作面顺槽防冲耦合让压支护技术研究.锚杆支护，2012年第四期.endprint

【摘 要】 为了解决红会四矿多煤层开采支承压力影响下的巷道支护问题，捷马和红会四矿应用整体耦合高位让均压的理念，对红会四矿4701回风顺槽的支护进行了改革实践。本文介绍了耦合高位让均压的设计理念和方法。

【关键词】 四维耦合高位让均压工况点  安装载荷  耦合和让均压装置  耦合让均压工况点图

1 引言

由于受一煤层开采应力集中的影响，二煤层巷道支护一直是红会四矿安全生产的一个难题。两年来，捷马公司和红会矿共同开始巷道支护改革，采用了捷马公司的耦合高位让均压支护技术，成功的解决了受一煤开采高支承压力动压影响下的二煤4701回风顺槽的支护问题。

2 整体耦合高位让均压的理念

巷道锚杆（索）支护是按一定设计的间排距由数根锚杆（索）组成。由于沿巷道周边变形大小不一，锚杆和锚索物理力学性质和几何尺寸不同，造成不同位置的锚杆（索）变形和载荷不同，为了达到充分发挥每根个体锚杆（索）的作用， 防止锚杆（索）早期破断，达到共同支护围岩的作用，个体支护体间也必须达到变形和受力耦合（均压）。整体耦合定义为：个体支护体和围岩间的耦合（让压）和支护体和支护体之间的耦合（均压）。所以整体耦合包括以下几方面的内容：（1）锚杆系统和围岩耦合：锚杆支护系统的支护强度和变形性能必须和围岩耦合以达到围岩的稳定平衡。（2）锚索系统和围岩耦合：同样，锚索系统作为支护的一部分其变形性能必须和围岩耦合以达到围岩的稳定平衡。（3）锚杆间的耦合：由于顶板和两帮在不同位置的锚杆所经受的位移和应力过程不同，所以受力差别很大，这有可能造成受力大的锚杆首先破断而把力传替到临近的锚杆造成锚杆顺序分别破断。（4）锚杆和锚索的耦合：锚杆和锚索间的变形耦合也非常重要。从支护体本身来讲，锚杆和锚索存在着物理力学性质和几何尺寸的差别，这种差别如果在设计和使用过程中不当，会引起锚杆或锚索由于变形协调不好造成受力不均甚至破断。

3 耦合工况点设计的理论依据和弹塑性力学解

根据弹塑性力学理论和现场经验，巷道开挖后在巷道围岩将变形破坏，在巷道围岩将产生松散区，塑性变形区和弹性区。定性的分析这些区域的大小影响因素有利于建立合理的支护理念。定量的近似计算是确定锚杆（索）长度的基础。图1为围岩破坏变形后的分区示意图。

（1）支护范围（锚杆长度）：在围岩的切向应力小于围岩原岩应力范围内，围岩发生松散破坏。此区域成为松散区。松散区边界上的切向应力和原岩应力相等，松散区内部的应力小于原岩应力。锚杆的有效长度必须大于松散区半径。松散区半径的大小和支护方式和支护强度密切相关，因此必须确定松散区半径和支护强度的关系。（2）支护强度和锚杆的变形要求：根据弹塑性力学理论，巷道开挖后在巷道围岩将产生松散区，塑性变形区和弹性区。支护系统将经受围岩的变形过程并在这过成中承载。 支护体的受力大小和允许围岩变形关系密切。 过小的允许变形支护系统受力过大，而过大的允许变形又很难保证巷道围岩的稳定性。所以在巷道支护设计时应该在保证围岩稳定条件下，在合理支护强度下允许围岩有一定变形。（3）安装载荷：安装载荷是主动支护的源泉。适当的安装载荷一方面可以改善围岩的应力状态并在围岩中形成主动加固梁提高围岩的自承能力。同时，安装载荷可以改善锚杆支护系统的工作性能。合理安装载荷的设计和现场实现是围岩支护的重要因素之一。

4 支护系统设计和支护效果

4.1 支护系统设计

根据设计的四维耦合高位让均压工况点，采用整体耦合高位让均压支护系统设计。采用Φ20×2400mm高强耦合高位让均压锚杆，最大抗拉强度大于23吨。锚杆安装载荷不小于4吨。让压点为15吨。最大让均压距离35mm，间排距为800x1000，采用k2335×2树脂锚固剂;辅助支护采用18.9X5000mm整体耦合让均压鸟窝锚索，锚索让压点载荷为25吨，让均压距离为40mm。巷道支护总体设计如图2所示。

4.2 支护效果结论

4701回风顺槽掘进后，已经经受了一煤层4602工作面长壁回采底板支承压力的影响。总体来讲，巷道支护效果良好。矿压观测结果表明：顶底板移近量平均70mm;两帮移近平均200mm.锚杆最终载荷达到20吨左右，90%的耦合让均压装置都在规定的吨位启动变形，充分起到了耦合高位让均压的作用; 锚索平均载荷达到了31吨，90%的耦合让均压装置都在规定的吨位启动变形，充分起到了耦合高位让均压的作用，解决了锚索延伸率和锚杆不匹配的问题。在整个过程中，没有锚杆（锁）的破断发生，巷道没经过任何翻修。整体耦合高位让均压作为一种新的支护理念在红会四矿已经得到了成功的应用。解决了多煤层开采层间支承压力影响下的支护问题。同时这种设计理念也适合在软岩，大采深，高应力等复杂地质条件。

参考文献：

[1]王亚杰.深井高地压、大变形围岩巷道支护技术及锚杆设计.矿支护，2008，（1）：8-18.

[2]王亚杰.孤岛工作面顺槽防冲耦合让压支护技术研究.锚杆支护，2012年第四期.endprint