开滦矿区顶板锚索断折的思考

耿友明 梁玉春

（河北能源职业技术学院 河北 唐山 063000)

0 前言

T1493是开滦矿区唐山矿铁一区9煤层最后余采的一个工作面，其采深大，围岩条件及矿山压力情况复杂，在开切眼巷道掘进成巷短时间内，便出现了局部顶板锚索支护断开脱落的现象。鉴于此工作面为唐山矿区的主要备采面，一旦延搁衔接，对该矿的安全生产影响剧大。所以就很有必要对出现的锚索断折现象进行细致调研、综合分析，最终提出技术解决方案，以保障该矿的正常衔接。

1 工程概况

唐山矿铁一区9煤层位于京山铁路煤柱西部。东与铁二区本煤层工作面相邻；西与岳胥区本煤层未采区相邻；南与南翼十四水平及12号井系统相邻；北与西翼十三、十四水平本煤层工作面相邻。开采深度－670～－940m之间。

1.1 顶底板情况

（1）老顶:灰色中砂岩，厚度:8.5m,以石英、长石为主，硅质胶结。

（2）直接顶:深灰色粉砂岩，厚度:5.5m，成分以粉砂质为主，含少量泥质。

（3）煤层:煤层结构为复合结构，属8、9煤层合区，煤层沉积稳定，煤层中有2-3层夹石。煤质工业牌号为1/3焦煤。厚度:最小10.5m,最大13.3m,平均11.5m。

（4）直接底:灰黑色泥岩，厚度:5.5m，成分以泥质为主，贝壳状断口。

（5）老底:深灰色砂质泥岩,厚度:3.5m，泥质为主，粉砂质次之。水平层理明显。

（6）顶板类（级）别:直接顶Ⅱ类，属来压明显；老顶Ⅱ级，属中等到稳定。

1.2 支护设计

（1）开切眼工程量:155m；

（2）巷道断面选型:矩形；局部地点伪倾角大时，断面为倒梯形；

（3）巷道断面尺寸:宽×高=7.6m×3.2m；

（4）巷道顶板锚索呈五花眼布置，锚索间距1.9m，锚索跨距2.1m；

（5）锚索材质:1×7股高强度低松驰预应力钢铰线；

（6）锚索规格:直径:15.24mm；长度10m，抗拉强度:1860MPa。

2 锚索折断及原因分析

2.1 折断情况

（1）折断数量:23根，折断率为17.3%；

（2）折断位置:开切眼靠近采空区一侧，距离轨道平巷47m～86m范围内；

（3）折断范围:首掘切眼超前刷面前4m～16m处——首掘切眼滞后刷面后12m～26m；

（4）断口高度:最长 3.7m，最短 1.0m，平均 3.5m；位置多位于顶煤夹石中。

2.2 原因分析

（1）锚索质量因素

锚索断裂多发生在巷道顶板应力集中区域，经对同批次锚索与已折断锚索进行质量检测对比，没有出现指标偏离现象，表示锚索质量合格。

（2）拉力因素

依据现场锚索的其他构件变形不大，以及现场拉力测算值较小可以判断出，本巷道区域内锚索受拉力小于锚索应力值，由此确定断折并非为受拉力所致。

（3）剪切因素

通过对折断锚索的断口观察来看，破坏形式显示为剪切破坏，断面倾角平均270；

（4）矿山压力因素

巷道开挖后，压力重新分布，煤壁深部出现支承压力，而顶板岩层间在界面处有离层趋势，锚索施加预紧力后，与围岩将相互作用，当煤层与夹石岩层出现离层，锚索将受到高强度的剪应力的作用而断折。

（5）工程因素

因锚索施工工时长，为避免与现场支护发生冲突，故在安排工序时，将其排在检修班进行，这样一来，就造成巷道顶板煤层与岩层组合不及时，在技术因素中造成了煤层与岩层离层的趋势。

小结:

通过对锚索质量、拉应力测算、剪应力、锚索断口、矿山压力以及工程技术因素的分析，可确定T1493工作面开切眼巷道内锚索的断折是由于在不同岩性的煤岩层交界处受到岩层离层滑移产生的剪应力作用而断折。

3 技术解决方案

3.1 减少顶板弱支护时间

不可否认的是，及时支护是减少巷道围岩位移、增加围岩支承强度的必要措施，也是煤矿施工现场管理中时刻要求的要素。现场施工目前已经基本保证了掘进支护时的及时性，而对加打锚索施工的及时性却重视不足，究其原因，是没有认识到托煤顶作业的顶板是强度较低的煤层，而不是具备较高自承能力的直接顶，当长度为2.4m的锚杆固入煤体后，其砌体梁厚度仅为2.4米，而其上近6m的煤层与夹石层并没有得到强度的补强，处于弱支护状态。一经压力释放转移，就会发生离层移动等显现现象，这时再采取锚索支护，已经错失了抑制岩层离层和移动的最佳时机，从而才会出现开切眼巷道中锚索折断的情况，如果这种现象蔓延下去的话，那么开切眼的宽断面支护势必会受到破坏，影响生产。

很明显，减少顶板弱支护的时间是控制煤顶离层的重要措施。这就要求:现场施工中，要将锚索施工时间由检修班调整至当班班末。必要时可在首掘切眼中间补打加强锚索。在巷道无锚索支护区域则应加打台板等临时支护支撑顶板，限制顶底板发生位移；待锚索施工完成后再回撤倒用。

3.2 增加锚索支护密度

开切眼是长臂式回采工作面系统巷道中支护强度要求最高的巷道，其支护的完整性、断面成型率对安设液压支架影响颇大，如果开切眼支护质量不过关，对回采生产的正常衔接的非常不利的。所以在成本预算合理的前提下，可以采取增加锚索支护密度的方法对煤层进行增强支护，当然这种措施的缺点也是很明显的，比如增加了工人的劳动强度、降低了巷道的掘进速度、增加了巷道的施工成本等。

3.3 增加锚索施工的预紧力

通过增加预紧力的方式，可以最大限度的限制顶板煤岩层之间的离层，降低了离层发生的几率，从技术上是可行的，但是如果一味的增加预紧力，一方面对锚索本身强度的要求势必会提高；另一方面，对煤体的二次破坏也是不容忽视的。这就需要我们在理论计算与现场施工压力观察过程中，尽量多的收集基础数据，通过分析、试验得到最佳的预紧力数值。

4 总结

根据现场施工观察，锚索在采准巷道的作用，尤其是在大采深、软围岩、折线形断面巷道中，是相当重要，因此锚索施工技术的改进与研究就愈发显得刻不容缓。理论上讲，在正常条件下，即在巷道顶板为岩层的条件下，锚索滞后工作面是可行的，也是经济的；而在厚煤层采准巷道的掘进中，这种方法就没能取得预想的支护效果，那么我们完全可以因地制宜的采取减少顶板弱支护时间、增加锚索支护密度、增加锚索施工的预紧力等技术方案改进锚索在煤层顶板中的支护能力。这种尝试是有价值、有必要、也是值得推广的。

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