锚杆锚索联合支护在黄陵一号煤矿煤巷中的应用

文/杨宗义王建东

黄陵矿业集团公司一号煤矿是近几年发展起来的大型现代化矿井，矿井设计生产能力为420万t/a，现核定矿井生产能力为600万t/a，矿井采用平硐、斜井混合开拓方式，主井、副井为平硐，进风井、回风井为斜井。

2#煤层为六盘区主采煤层，煤层厚度为2.17～3.39m，平均厚度2.65m，属中厚煤层。605回采工作面顺槽设计长度3000m，切眼设计长度为260m。

一、锚杆锚索支护理论分析

1.锚杆与锚索支护的特点

锚杆支护利用锚杆、锚固剂及其护表构件给围岩一定的支护强度，与围岩组成支护体系，承受各种围岩应力和采动应力。锚杆有悬吊作用、减跨作用、组合拱作用、加固作用，改善围岩周边应力状态等。

锚索具有锚固深度大、锚固力大、可施加较大预紧力等优点，端部锚索主要起悬吊作用，通过施加较大的预紧力，挤紧和压实岩层中的层理、节理、裂隙等不连续面，增加不连续面之间摩擦力，从而提高围岩的整体强度。

2.锚杆锚索联合支护

在软弱破碎围岩条件下，巷道围岩的变形量很大，巷道开挖后立即采用锚索支护可能会因锚索延伸量超过极限而破断。因此在巷道开挖初期只安装锚杆，通过锚杆的加固作用，锚岩支护具有一定的承载能力，允许围岩发生较大的变形，释放围岩变形能，围岩在一定变形范围内可以保持自身稳定。

随着围岩变形量的增大，通过锚杆和锚索联合支护可以提高支护阻力，减少巷道围岩变形。锚杆和锚索发挥各自的优势，在巷道开挖支护初期，以锚杆的柔性支护为主，后期以锚索的悬吊作用为主，从而大大改善锚杆支护的整体支护性能，达到控制围岩大变形的目的。

二、地质条件

老顶为灰白色细粒石英砂岩，致密坚硬，厚度20m以内，一般10m左右。直接顶板以深灰色砂质泥岩及泥岩为主，局部为砂质泥岩及粉砂岩和砂泥岩互层。中厚层状至薄层状，水平层理和裂隙发育，易风化破碎，厚度2～12.79m，一般6.5m。伪顶以薄层状灰黑色泥岩、砂质泥岩为主，局部为炭质泥岩，厚度小于0.5m。较松软，易风化破碎，极不稳定，常随采随落。直接底板以灰色—灰黑色团块状泥岩、砂质及炭质泥岩为主，厚度一般为2～6m。岩性松软，遇水膨胀，有底鼓现象，底鼓高度0.20～0.80m不等。

三、顺槽支护参数计算

1.锚杆、锚索基本参数的确定

（1）巷道断面形状选择。巷道断面为矩形断面，巷道宽B=4.4m，半跨a=2.2m，巷道高度h=2.7m。等效圆半径

（2）支护参数选择。主要依据非弹性区理论和组合拱理论进行设计计算，因一号煤矿未进行过围岩物理力学参数测定。设计原始参数：煤层普氏系数f=1.8,煤层容重γ=18kN/m3；煤层粘聚力c=1.5MPa；内摩擦角φ=2.5°；煤层周围岩体容重 γ’=23kN/m3，粘聚力c=3.0MPa；内摩擦角φ=45°。

（3）顶板支护分析。按非弹性区理论计算顶板稳定层位置，则不支护时煤巷内部最大非弹性区半径R0为2.576m，则两帮非弹性区深度：a1=2.576-2.2=0.376m，顶部非弹性区深度：a2=2.576-1.25=1.326m，冒落拱高度为1.326m。代入相关数据，冒落拱内锚杆承受煤体的重量得：G1=2.5×1.35×23×4.4×0.8=273.24KN。

2.顶锚杆参数计算

由于每根顶锚杆的设计荷载值为50kN，则每排锚杆的根数为5.465，因此选取锚杆根数为6根，并由锚杆承载力可知选择Φ18的圆钢锚杆。

锚固长度，式中：d为钻孔半径；τ为岩体与锚固剂的抗剪强度，取取值2.5。则锚固长度为，计算中取320mm。根据顶部挤压加固理论，锚杆长度L顶=1.696m。故选取φ18×1800型圆钢锚杆，间排距为800×800mm，锚固长度 450mm。

3.帮锚杆参数

靠工作面帮锚杆选玻璃钢锚杆，副帮锚杆选φ18×1800mm钢筋锚杆，间距为1000mm，排距1500mm，一排三根，并挂塑钢网，网孔50mm。

4.锚索参数计算

锚索的计算主要是根据顶部悬吊作用，顶锚杆长度1.8m，锚索每排3根，排距为2400mm，则锚索所承受的上部岩体重量为：G2=473.184KN。

钢铰线直径φ15.24mm，其破断力为350kN，考虑富余系数取2，则每排选用3根，其锚固长度得0.885m，计算取锚固长度为900mm，锚索长度：L=6.05m，故锚索长度取6.3m，排距2.4m，锚固长度为2100mm，每隔三排锚杆打三根锚索。

四、605工作面顺槽支护设计

进风、回风顺槽支护设计基本一致。顶板采用锚杆+锚索梁联合支护，锚杆规格:φ18×1800mm，杆尾螺纹M17，长度100mm，杆体材质为普通A3钢，锚杆呈 “五—六”菱形布置，间排距均为800mm，树脂端锚，每根锚杆2节树脂；托板采用球形高强度预应力托板σ10钢板加工，规格：125×125×10mm，材质为 σ10 钢板；锚杆消耗量为6.875套/m。

锚索托梁采用16#槽钢加工，长度为4000mm，单根钢铰线φ15.24mm，长度6300mm，锚深6000mm，采用6支L=350mm树脂锚固，锚索排距2400mm，锚索间距1800mm，尾部配有高强度锚具，一梁三根锚索。

巷帮支护，进风顺槽靠工作面帮锚杆选玻璃钢锚杆，副帮锚杆选φ18×1800mm钢筋锚杆，间距为1000mm，排距 1500mm，一排三根，并挂塑钢网，网孔50mm。帮锚除使用配套的锚杆托板外另增加500×200×50mm的木托板。

五、结论

锚杆、锚索支护是一种隐蔽性很强的工程，应进行矿压监测，监测的主要内容是顶板离层监测、锚杆受力监测、锚杆锚索应力监测，但目前还没有进行锚索应力监测工作。今后设计应根据监测情况及时调整六盘区回采工作面顺槽支护强度，确定合理的支护形式。以锚杆锚索联合支护技术在605工作面顺槽的成功应用，为今后在软弱顶板顺槽支护设计采用锚杆、锚索联合支护提供了依据。