钢带锚杆对破碎顶板支护的应用

宋 强

(杏儿沟煤业有限责任公司，山西大同 037103)

钢带锚杆对破碎顶板支护的应用

宋 强

(杏儿沟煤业有限责任公司，山西大同 037103)

该文阐述了钢带锚杆的结构、布置形式及参数选择，施工技术管理。并针对杏儿沟煤业有限责任公司矿井煤巷顶板锚杆支护在遇到巷道顶板破碎时采用锚杆加钢带支护，能够有效控制顶板，确保安全生产。钢带锚杆支护，经济实用，在煤巷顶板破碎条件下应用，在实践应用中值得借鉴。

钢带锚杆;支护机理;顶板破碎;有效控制

1.引言

杏儿沟煤业有限责任公司矿井生产规模为90万t/a，矿井巷道沿煤层布置，巷道顶板一直延用普通树脂锚杆支护，至2011年底，矿井锚杆支护巷道累计达45000m。特别是自2003年该矿生产转入二、三水平开采(7号、11号、14号煤层)后，由于煤巷顶板较一水平破碎，使用单一普通树脂锚杆支护经常出现漏顶、托板悬吊以及形成孤立锚杆等现象，甚至出现锚杆与锚固顶板整体垮落现象，锚杆失效，巷道维修量大，维护费用高，鉴于此，我们曾使用锚杆挂金属网支护顶板，但在较破碎地点只起护顶作用，巷道顶板支护后，金属网锈蚀，且受采动影响顶板压力增大时，仍会出现扯网漏顶现象，效果不理想。经过多次实践，在顶板裂隙发育，较破碎的情况下，使用具有刚性的钢带代替柔性金属网，配合树脂锚杆进行顶板支护，能够满足支护要求，实现安全生产，降低巷道维修费用。钢带锚杆特别是在服务年限较长顶板破碎的煤巷支护应用是可行的。

2.钢带锚杆

2.1 支护机理

巷道掘进后，围岩应力集中，强度降低，并逐渐开始破裂，破裂的岩体向巷道内移动，破裂带则向深部发展，破裂带逐步失去支撑应力的能力，直至冒落。锚杆支护的功能在于它与围岩共同形变时，对岩体离层及节理面有抑制作用，因而对顶板和两帮的变形起一定的约束作用，能够较早地抑制围岩的移动和破裂带的扩展，使岩体强度不致丧失过多。锚杆支护其总的作用效果适用于悬吊理论、组合梁理论和减跨理论以及加固拱作用理论等。但锚杆实际上加固作用是分布不均的，其具体表现为在顶板破碎，岩层层理、节理发育，两帮煤体松软的巷道，采用单一锚杆支护，受采动影响，控制不住锚杆间顶板岩体破坏跨落，逐步向深层发展，往往形成孤立锚杆，支护失败，起不到控顶作用。因此，在有伪顶和顶板节理发育的巷道，不仅要求单根锚杆锚固力足够，而且要求对顶板岩面有足够的分布支撑能力。锚杆配合金属网支护能起到护顶作用，使得顶板不至于过早破坏而形成组合梁自身分布支撑能力，然而金属网为柔性，只能被动支护顶板，且易锈蚀，扯网漏顶现象仍然存在。钢带锚杆支护是锚杆内部集中应力加固方式与钢带组合分布支撑力加固方式的有机结合，其作用是主动支撑顶板，使顶板围岩受力变形均匀，避免出现局部松动破裂或漏顶、锚杆孤立现象，因而能够有效控制破碎顶板。

2.2 应用实例

2.2.1 在二水平301盘区变电室，硐室净宽4.5m，长30m，高2.5m，布置在7号煤层中，硐室见顶见底，煤层直接顶厚1.5m，为砂质页岩，层理、节理发育，老顶为砂岩，底板为砂质页岩与细砂岩互层，硐室顶板较破碎，根据《煤矿安全规程》对电器硐室必须用不燃性材料支护的要求，硐室两侧砌370mm砖墙隔离煤层，顶板支护采用φ18mm×1800mm普通钢体树脂锚杆，呈矩形方格布置，间距0.8m，配合钢带支护，牢牢地控制住破碎顶板的冒落，巷道顶板没有发生下沉，保持了顶板的完整稳定状态。

2.2.2 在三水平402盘区变电室硐室，硐室净宽4.5m，长20m，高3.0m，布置于14号煤层盘区运输上山与材料上山之间煤柱中，硐室见顶见底。煤层直接顶为1.2m厚的灰白色砂质页岩，夹黑色泥岩，节理发育，老顶为7m厚的白色中砂岩，底板为灰白色砂岩。由于直接顶较薄，因而利用φ16mm×1700mm普通钢体树脂锚杆呈矩形布置，间距0.8m支护顶板。硐室开始投入使用的前半年，顶板控制较好，没有下沉和破碎现象，后半年，由于受上部近距离12号煤层采动压力影响，硐室顶板开始明显破碎、掉碴、有形成孤立锚杆的趋势。运输上山压力显现为局部直接顶锚固岩层整体垮落。通过对硐室及时补打锚杆并同时加设钢带配合控顶，制止了顶板的下沉掉渣和冒落，确保了安全使用。

2.3.钢带锚杆的结构、布置形式及参数选择

2.3.1 结构

钢带锚杆主要有杆体、树脂药包、铸铁托板、钢带、垫圈和螺母等组成。锚杆体由普通圆钢制作，杆体直径 φ=16mm～20mm，杆体长 L=1500mm～1800mm，杆体插入孔底一端做成反麻花状，距杆体顶端220mm处焊接一个直径38mm的挡圈，杆体外露端成螺纹状，以利用垫圈和螺帽紧固。树脂药包是将装有固化剂和填料拌合物的药包置于装有树脂，加速凝剂和填料的塑料袋中封口而成。托板为铸铁，长250mm，宽100mm，厚30mm ～15mm，中部厚、两边薄。中间有安装孔，其直径d1=d+2mm，与杆体直径d相匹配，便于安装。钢带以型带钢或废旧刮板溜槽、旧钢板边角料加工而成。其规格要求宽度和厚度按照顶板破碎程度和承载而定，一般取宽度100mm，厚度5mm～10mm，长度按锚杆间距D确定，其长取D+100mm.钢带两端打孔如图1所示，孔径与托板孔径d1相等。两孔形状不一，主要是防止顶板不平或打孔时出现误差，以利安装。

图1 钢带示意图

钢带锚杆的安装顺序是先将药包送入孔内，再将做好孔深标记的杆体插入孔中将药包推送至孔底，由电钻搅拌凝固，然后上钢带，再上托板、垫圈、螺母，并用力矩扳手拧紧锚杆螺母。由于钢带要求连接。因此，一根锚杆要固定几条钢带，使得钢带与顶板之间有间隙，为此，间隙要用木楔背紧。

2.3.2 布置形式

根据顶板的性质，锚杆可排列成矩形，五花形。矩形适用于顶板较破碎的岩层，五花形适用于顶板破碎的岩层。锚杆的锚入方向应与顶板岩层面成较大的角度相交，矩形巷道应与顶板垂直。钢带布置是由锚杆形式所决定的。当锚杆布置成矩形时，钢带则布置成“井”字形;当锚杆布置成五花形时，钢带则布置成“菱”形或“正三角”形或两者混合布置。“正三角”形布置钢带较密，适用于顶板裂隙发育。

2.3.3 参数选择

钢带锚杆支护参数可根据实地巷道地质条件利用工程类比法确定，并进行验算。当地质条件复杂时，采用试验的方法确定参数。

a、对于非层状岩层，锚杆应伸到冒落拱外的岩石中去，锚杆长度、间距用加固拱原理验算。

式中：W巷道跨度，m;

dE岩层节理间距，m;

N围岩稳定影响系数，稳定性较差N=1.1，不

稳定取N=1.2;

D锚杆间距，m。

b、对于层状岩层，锚杆长度，间距可用悬吊理论验算：

K安全系数，取2;

H软弱岩层厚度，m;

L1锚杆锚入坚固稳定岩层深度，一般不小于0.3m;

L2锚杆外露长度，钢带锚杆取0.15m。

式中：D锚杆间距，m;

Q锚杆锚固力或杆体拉断力中的较小值，t;

r软弱岩层平均容重，t/m3。

c、锚杆体直径用下式验算

L锚杆长度，mm。

3.施工技术管理

钢带锚杆应用，除正确确定支护参数并保证施工质量外，还要做好以下工作：

a.采用钢带锚杆支护的巷道，要求提供比较精确的顶板地质资料，如岩性、厚度、坚固性、裂隙、软弱夹层等参数，以利锚杆参数及布置形式确定。

b.巷道施工过程中坚持使用临时支护。巷道顶板暴露，先进行带帽木支柱临时支护，防止早期顶板离层松动或冒落.保证顶板完整性。

c.对锚杆进行锚固力拉拔试验，检验有关参数，使锚杆有足够的支撑能力。

d.钢带锚杆要经常检查维修。安装好的钢带锚杆检查其钢带、托板、螺母是否松动，其松动原因由爆破震动或端头蠕变而引起，如有松动，应及时拧紧螺母、打紧背楔。如发现锚杆失效，要及时补打，并重新安装钢带锚杆，确保支护质量。

4.结束语

杏儿沟煤业有限责任公司煤巷顶板锚杆支护，主要用于沿水平布置的运输、回风巷道和盘区准备巷道，这些巷道断面多为矩形，服务年限较长，布置在煤层中，见顶见底。在遇到巷道顶板破碎时加钢带支护，能够有效控制顶板，确保安全生产。钢带锚杆支护，经济实用，在煤巷顶板破碎条件下应用，理论上有待进一步提高完善，但在实践中值得借鉴。

Applications of Steel－ belt Anchor to the Broken Roof＇s Support

SONG Qiang

(Xing＇er Gou Coal Industry Co.，Ltd，Datong 037103，China)

In this paper，steel－beltanchor structure，layout，preferences and construction technology management are described.The general roof anchor becoming steel－belt anchor in the situation of broken roof in the Xing＇er Gou Coal Mine，it can effectively control the roof and ensure safety in production.The method of support with steel－belt anchor is economical and practical when it is used in the situation of broken proof，and it is good for reference in practical application.

steel－belt anchor;support mechanism;broken proof;effective control

TD353+.6 < class="emphasis_bold">文献标识码：A

A

1671－3974(2011)03－0073－03

2011－05－25

宋强(1963－)，男，大学，大同市杏儿沟煤业有限责任公司总经理。