大断面综放切眼锚索-锚网梁联合支护技术应用探究

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1、大断面综放切眼锚索锚网梁联合支护技术应用探究摘要：在大断面留顶煤切眼掘进过程中，往往通过打设液压支柱作为辅助支护来加强顶板的稳定性，这不仅影响掘进速度，而且会加大支护成本，同时还给安装带来不便。为改变这种现状，建新煤矿与西安科技大学合作，在4103综放工作面切眼支护施工中去掉了液压支柱辅助支护，采用锚索、锚网梁联合支护技术，经过对巷道表面变形及内部破坏情况进行监测，监测数据表明：巷道最大离层量不超过14mm，两帮最大移近量不超过35mm，围岩变形在可控范围内，能保证切眼围岩稳定。该技术在建新矿的成功应用，为本矿带来了巨大的经济效益，为留顶煤大断面综

2、放切眼支护提供了可借鉴的经验。关键词：综放；切眼；锚索；锚网梁；中图分号：U675.92文献标志码：文章编号：1引言7以锚网梁支护为基础再配以锚索支护，可显著提高支护效果。此技术结合了锚网支护与锚索支护技术的优点，锚网梁支护使层状顶板形成一个整体的组合梁，同时也起到悬吊作用，可防止围岩受拉力破坏，并能提高围岩的整体抗弯强度。当巷道处于岩性较差的围岩中及跨度较大时，或受采动影响，锚杆和顶板岩层形成的组合梁厚度还不够大，其强度不足以确保顶板的稳定，顶板就会发生弯曲、离层甚至漏顶。利用预应力锚索对巷道顶板进行加强支护，将浅部不稳定岩层锚固在深部稳定岩层中，

3、充分调动巷道深部围岩的强度，实现了支护体与围岩在强度上的耦合，从而达到了对软岩巷道围岩稳定性控制的目的。该支护方式能有效地预防顶板的离层，保持顶板的完整，从而使顶板支护的组合梁作用显著加强，同时锚索将容易离层破坏的顶板悬吊于稳定的岩层之中[1-5]。建新矿为保证综放工作面大断面切眼掘进速度以及支架安装的方便，与西安科技大学合作，在4103综放工作面大断面切眼进行了锚索、锚网梁支护技术的应用研究，取得了很好的支护效果和良好的经济效益。2工程概况7建新矿4103综放工作面位于41盘区东部，呈西南—东北方向布置，其东为4102工作面（正在回采），西界为41

4、04工作面（未开采），北界为辅运大巷保护煤柱，南界为41盘区边界。4103综放工作面切眼位于4-2煤层，埋深602m，煤厚9.5m。该煤层结构简单，硬度系数f=1.4～2，煤层倾角为1~3°。煤层的顶板岩性以灰色中粒长石石英砂岩，次为灰黑色、深灰色粉砂岩与细砂岩互层，质软、易冒顶，为不稳定岩体，平均厚度为3.2m；底板主要为灰杂色炭质泥岩为主、少量灰白色泥质砂岩，见水易膨胀破碎结构，平均厚度在1.3m，属于不稳定底板。4103工作面切眼断面为矩形，断面设计尺寸为8.3m×3.3m（宽×高），采用留顶、底煤掘进，留设底煤厚度为2m、顶煤厚度为4.2m。

5、3锚索、锚网梁联合支护设计3.1断面设计及层位选定在保证行人、运输及综放支架安装的基础上，根据顶板岩性决定巷道断面为上净宽8.3m，下净宽8.3m，顶底高度不低于3.3m。根据煤层结构、结合顶板岩性和开采需要，巷道层位选定为留设4.2m顶煤，留设2.0m底煤。3.2锚索的选择1）长度的选择根据自稳隐形拱理论，巷道顶板可以分成三个区域：自然冒落拱、自稳隐形拱、极限自稳隐形拱（如下图）。支护是一定要保证锚索穿过极限自稳隐形拱达到稳定岩层，才能保证巷道稳定[6-7]。图1顶板稳定区域划分根据设计，巷道断面尺寸为8.3m×3.3m。自稳隐形拱曲线方程为：式中

6、：b——巷道顶部宽度，m7——巷道顶部垂直地压，MPa——顶板围岩体抗拉强度，MPa将具体数据带入上述公式，可得到自稳隐形拱的高度为6.85m。以此可判断顶部锚索长度至少要达到8m。2）强度的选择锚索作为最后一道防线，要承受巷道顶板上部岩层的所以重量。根据上述自稳隐形拱的计算结果，极限自稳隐形拱高度h为6.85m。因此锚索所要承受的上部岩层重量为：式中：b——巷道宽度，m；L——锚索排距，m；H——极限自稳隐形拱高度，m；——顶板岩层加权平均值，KN/m3。由于巷道顶板比较破碎，根据支护设计原则，应选择大承托面积+高密度支护方式，因此本次锚索间排距选

7、择为1.6m×1.6m。由此可得锚索要承受载荷为：G=8.3m×1.6m×6.85m×20KN/m3=1819.36KN顶板一排布置5根锚索，锚索承担载荷为363.87KN/根。经过计算，选择锚索型号为21.8-L8000，间排距为1.6m×1.6m。3.3顶板锚杆71）锚杆长度的选择按照悬吊理论计算锚杆参数：若用锚杆把不够稳定的岩层悬吊在坚固岩体上，锚杆参数则按下列公式计算：式中：K——安全系数，取1.5；H——顶板冒落高度，H=W0/2f，f——岩石硬度系数，煤取1.6，则H=1.31m；L1——锚杆锚入稳固岩层的深度，取0.3m；L2——锚杆外

8、露长度，取0.1m。L=1.5×1.31+0.3+0.1=2.41m，故取锚杆长度为2.5m。本次设计选择2