b070106 复杂条件下锚杆支护技术

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1、复杂条件下的锚杆支护技术王东喜左雁群【金牛能源股份有限公司显德汪矿，河北邢台，054103】摘要介绍显德汪矿在“三软”复杂条件下，依照锚杆支护理论进行的锚杆支护试验，通过对地应力地测量和围岩力学性质的研究，确定了支护材料和支护参数，达到了预期效果，取得了良好的经济效益。关键词三软锚杆支护支护材料支护参数自上世纪40年代始，锚杆支护发展迅速，已成为世界各主要产煤国家煤矿支护的主要型式。我国从1956年起，在煤矿岩巷中使用锚杆支护，但由于煤层巷道围岩松软，受采动影响后围岩变形量很大，对支护技术要求很高，加之锚杆支护理论、设计方法、锚杆材料、施工机具、监测手段等还不够完善，因而发展缓

2、慢。进入“九五”期间，原煤炭工业部将“锚杆支护”列为煤炭工业科技发展的重点项目，锚杆支护技术有了很大提高，锚杆支护在煤巷中的应用也有了迅速发展。在煤巷、半煤岩巷中锚杆支护主要使用在条件比较简单的I、II、III类回采巷道，条件比较复杂的IV、V类回采巷道还处于试验、总结经验阶段或者采用锚杆支护与其它支护的联合支护形式。因此，在煤巷、半煤岩巷中发展锚杆支护还有很大潜力。特别是在IV、V类回采巷道中开展锚杆支护研究，对推广锚杆支护技术，提高煤巷、半煤岩巷掘进速度，降低支护成本，提高支护效果，将会发挥十分重要的作用。1锚杆支护新理论和发展技术途径1.1最大水平应力理论最大水平应力理论

3、认为，矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平应力具有明显的方向性，最大水平应力一般为最小水平应力的1.5～2.5倍。在最大水平应力作用下，顶底板岩层易于发生剪切破坏，出现钳动与松动而膨胀造成围岩变形，锚杆的作用即是约束沿轴向的岩层膨胀和垂直于轴向的岩层剪切错动。1.2锚杆支护发展的技术途径为推进锚杆支护的发展，重点要解决以下技术：①地应力测量，指导锚杆支护设计；②煤巷锚杆支护理论及设计方法研究；③优化锚杆支护参数，提高锚固材料可靠性；④分析围岩特点，采用不同的锚杆支护形式，提高锚杆支护的适应性；⑤改善、提高煤帮锚杆支护，更好地控制围岩变形和适应现场条件；⑥完善锚杆支护效果监测

4、技术，及时修改完善现场技术措施；⑦完善和开发锚杆机具，满足不同条件的现场施工要求。2极软煤层复合顶板巷道支护2.1井下概况显德汪矿于1991年开始选择部分条件较好的煤巷应用锚杆支护，1996年开始在复杂条件下的回采巷道应用锚杆支护技术。显德汪矿目前开采的1#、2#煤层具有煤层、底板松软和顶板破碎的“三软”特性。1#煤层厚约1.5m。直接顶以粉砂岩、砂质泥岩为主，粉砂岩岩性较致密，砂质泥岩结构疏松，并且在砂质泥岩或粉砂岩顶部局部夹有一层0.10～0.40m的薄煤或炭质泥岩。直接底以粉砂岩为主，局部相变为砂质泥岩。2#煤层厚约2.5m。直接顶为粉砂岩或砂质泥岩与细砂岩或中粒砂岩两类

5、，且多数生产地区发育一层厚约0.40～0.60m、由炭质泥岩或泥岩夹薄煤构成的复合顶。粉砂岩厚0.5～2.5m，灰色薄层状，单轴抗压强度为77.0MPa，抗拉强度为8.04MPa，其中发育1～3层煤线，易冒落，局部地段含有炭质泥岩伪顶，厚0～0.4m。老顶为中细砂岩，层理发育，成份以石英、长石为主，属于典型的复合顶板结构。工作面受构造应力影响和相邻工作面采动影响，顶板破碎；底板为砂页岩，厚2.5～3.0m，遇水膨胀，单轴抗压强度为41.56MPa，抗拉强度为6.47MPa。顶底板岩性如图1所示。图12#煤层顶底板柱状图1729工作面运输巷和回风巷在掘进过程中巷道曾分别采用工字钢

6、刚性支架和U型钢可缩性支架支护。实践证明，在巷道掘进期间巷道围岩变形量大，其顶底板移近量为1000～1800mm，需卧底3～4次，每次300～500mm，两帮移近量为800～1500mm，巷道断面收缩率为50～80％。由于巷道变形大，支架折损严重，难以控制围岩，影响了施工速度，大部分巷道需二次甚至三次翻修才能满足生产的需要。1729切眼采用工字钢刚性支架支护。切眼断面为梯形，规格为5.2×2.6（m），分二次掘进。首掘断面采用2.6×2.6（m）工字钢支护，施工后在一天之内就发生变形，梁弯曲严重，造成“前掘后翻"的局面。掘进中围岩变形很大，两帮移近量800～1400mm，顶底板

7、移近量严重地段达2000mm以上，并且在掘进中发生13次局部冒顶，最大冒顶高度达4m以上，巷道掘进一直处于处理冒顶中，并给综采支架的就位安装造成极大困难。由于顶板破坏严重，综采工作面安装后到正常推进历时90天。为改善这类巷道的支护状况，决定在1720综采工作面切眼进行锚、梁、网支护工业性试验。2.2技术难点①煤帮极软，两帮易变形、片落；②锚固剂与极软煤层之间粘结力很小，难以使锚杆对煤帮施加足够的支护阻力；③复合顶板中的煤线与顶板岩层粘结力很弱，若顶板及煤帮支护阻力不够，则顶板易产生离层而发生