论采空区下锚杆支护关键技术手段

宋海波+张志勇

摘要：本文针对某矿采空区下破碎不稳定顶板煤巷的特征，通过对破碎不稳定顶板煤巷锚杆支护理论进行分析，采用高强度锚杆支护系统，使巷道围岩保持稳定，满足了正常生产需要。

关键词：锚杆支护；煤巷；采动影响

一、概述

某矿6204工作面，位于上覆B6槽煤采空区下方。B4槽与B6槽垂直间距为30m左右，上覆B6采动影响导致B4槽顶板破碎，围岩应力重新分布造成巷道围岩变形持续变化和增加。6204顺槽锚杆方案设计和参数，选取基于6204工作面煤层赋存特征说明及现场调研，在保证支护安全的前提下，兼顾巷道的快速掘进，进行了针对性的分析，并通过相应的理论分析和计算，结合一定的工程实践积累而确定。

（一）地质概况

6204工作面对应地面标高+20m，顺槽标高-612m，对应地面位置为堤坝。6204工作面对应的上覆B6煤已回采。工作面走向长550m。B4煤为结构简单的中厚煤层，平均煤厚3.5m，局部有夹矸插入体及底鼓变薄带，煤层靠中下部含一层0.4m厚的软分层。施工段煤岩层产状变化较大，煤层倾角25～32°，平均28°。

（二）巷道维护特点

1.巷道位于B6槽保护层开采采空区下方，由于煤层回采对底板的破坏，B4槽煤层顶板将比较破碎，稳定性差。受上覆煤层采动影响，围岩应力重新分布，巷道围岩变形会持续变化和增加，对支护的长期稳定性影响很大。

2.巷道埋深达到了550m，地压较大，底鼓和两帮变形都很强烈。底板在近乎无约束状态将发生强烈破坏，只能通过加强两帮及底角来减缓底鼓，难以从根本上控制底板变形，因此控制底板岩层离层鼓起失稳的难度非常大。

3.煤层倾角大，最大倾角达到了32°，高帮高度最大为3.8m，剪应力效应明显，高帮煤体易滑落失稳，给支护带来了一定的难度。

4.巷道直接顶为3～4m的砂质泥岩，顶板较完整，但小构造发育，地应力相对集中，对正常掘进影响很大，顶板管理相对困难。煤层硬度中等偏软，帮部成型自稳能力差，后期受采动影响破坏变形失稳速度快，承载能力低，因此帮部围岩控制要求高。

5.综掘机掘进，对顶底板岩层破坏扰动较小，有利于保持围岩的完整性。

综上所述，该巷道属于采空区下大跨度松软煤层巷道围岩稳定性控制问题，两帮及底板的控制难度都很大，顶板的安全状况差，是煤巷锚杆支护所面临的突出难解决的课题之一，必须引起高度重视，该类巷道围岩稳定性控制技术研究具有一定的挑战性。

二、巷道锚杆支护设计原理

本巷道锚杆支护设计，采用的锚杆强化控制技术原理，包括巷道围岩应力场优化、破裂围岩体强度强化、锚杆支护承载性能强化和围岩承载结构强化。

三、锚杆支护关键技术手段

（一）高性能超高强锚杆：采用IV级锚杆专用螺纹钢加工而成的高性能锚杆，抗破断强度更高，支护刚度更大，限制变形更加有力，针对巷道急剧膨胀扩容产生的高应力控制效果会更有效。

（二）大托盘：锚杆采用新型大托盘、锚索采用400×400 mm的大托盘，增大护表面积，减轻目前所用的普通小托盘与围岩局部小面积接触而产生的点载荷作用，防止围岩挤压破损，将对松散层裂破碎岩体起到较好的维护效果。

（三）新型阻尼螺母：能提供较大扭矩，与高性能预拉力锚杆配套，提高锚杆安装过程的可靠性，保证支护系统整体安全可靠。

（四）高预紧力：采用MOS-90J2型气扳机可以实现锚杆8～10 t的高预紧力，有效增加锚杆对巷道围岩支护初期的控制作用，提升锚杆支护的作用级别。

四、整体方案设计

为保证巷道在最终变形后能满足通风、行人等安全生产需要，预留巷道断面以满足变形的要求，顺槽断面确定为矩形：净宽×下帮高=4.8m×1.6m；

（一）巷道顶板采用6根IV级左旋锚杆专用螺纹钢超高强预拉力锚杆加4.8m长M4型钢带、Ф6mm钢筋网联合支护。锚杆间距900mm，排距900mm。锚杆预紧力不低于50kN，锚固力不低于120 kN。锚杆采用200×200mm的新型大托盘。

（二）巷道低帮采用3根左旋锚杆专用螺纹钢超高强预拉力锚杆加1.6m长M4型钢带、菱形金属网联合支护。锚杆间距为700mm，排距为900mm。锚杆预紧力不低于50kN，锚固力不低于80 kN。锚杆托盘采用130×150mm的新型托盘。

（三）巷道高帮采用5根左旋锚杆专用螺纹钢超高强预拉力锚杆加1.6m长M4型钢带、菱形金属网联合支护，锚杆间距为700mm。锚杆预紧力不低于50kN，錨固力不低于80 kN。高帮下部两根锚杆滞后迎头不得超过10m。

（四）每隔两排锚杆在顶板中间位置布置一套单体锚索，钢绞线规格为Φ17.8×6.3m。锚索排距1.8m，预紧力60～70kN，锚固力不低于200kN，托盘采用400mm×400mm的大托盘，单体锚索紧跟迎头施工安装。每隔2排锚杆布置一套锚索梁，沿顶板中线两侧各0.9m布置锚索钻孔，钢绞线规格为Φ17.8×6.3m，2.2m轻型槽钢上两眼间距1.8m。预紧力80～100kN，锚固力不低于200kN。锚索梁排距为1.8m，锚索梁滞后迎头3～5m进行施工安装。

五、经济效益分析

6204顺槽采用高性能超高强锚杆支护，它与该矿在采空区下破碎不稳定顶板巷道一直采用的U型棚支护直接成本相比较：节约支护材料费用为150万元，节省巷道维修费44万元。预计6204顺槽采用高强锚杆支护所创直接经济效益为200万元。

六、结语

采用高性能超高强锚杆支护，成功地解决了采空区下巷道矿压大，变形严重和巷道维修工程量大的问题，同时减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率，为巷道快速掘进和快速回采提供了更好的条件。endprint