煤巷锚杆支护的控制机理及应用研究

2014-12-07王海军

中国科技纵横 2014年7期

关键词：煤巷机理锚杆

王海军

(华能云南滇东能源有限责任公司白龙山煤矿一井,云南滇东 655508)

煤巷锚杆支护的控制机理及应用研究

王海军

(华能云南滇东能源有限责任公司白龙山煤矿一井,云南滇东 655508)

煤巷锚杆支护越来越多成为主要支护形式,分析其控制机理对巷道围岩支护设计提供可靠的依据,针对具体条件下不同直径锚杆支护下巷道围岩变形进行了对比分析,结果表明Ф25锚杆支护对巷道加强支护能起到较好的效果。

锚杆支护煤巷控制机理锚杆直径

1 煤巷锚杆支护的理论分析

(1)悬吊理论。悬吊理论认为:锚杆支护的作用就是将巷道顶板较软弱岩层吊在上部稳定岩层上,以增强较软弱岩层的稳定性。

(2)组合梁理论。机理:将锚固区内岩层组合成一整体,提高其抗弯刚度,大大减小组合梁的挠度,其适用条件为层状复合顶板。

(3)组合拱理论。在破裂范围内,通过预应力锚杆两端形成的圆锥形分布压力,其交错形成一个压缩带,即承压拱,该承压拱承受径向载荷。在承压拱内的岩石径向及切向均受压,处于三向应力状态,其围岩强度得到提高,支撑能力也相应加大。对扰动围岩进行强度再强化,控制松动圈的扩展。

(4)围岩松动圈理论。研究发现围岩松动圈Lp是围岩应力P与围岩强度R的复杂函数,即Lp=f(P,R)。Lp是一个综合性指标,它的大小反应了支护的难易程度。而且大量的相似模拟试验及现场实测表明,它与煤矿巷道的跨度(一般3～5m范围)及有无支护等关系不大,巷道支护主要的对象是围岩松动圈产生、发展过程中的碎胀变形力。当采用锚杆支护时,锚杆受拉是围岩松动圈的产生和发展而引起的。（如图1、图2）

图1 组合拱理论示意图

图2 围岩松动圈理论示意图

2 不同锚杆直径支护的煤巷围岩稳定性分析

中央采区回风上山原使用Ф22锚杆支护,由于顶板压力较大,造成顶板开裂严重,顶板下沉量较大。为对顶板加强支护,特在该巷道距拨门处360m～400m使用Ф25锚杆进行支护升级实验(正顶打7排Ф25锚杆,帮部使用Ф22锚杆),观测其支护效果。该段巷道顶板为泥岩,5、6#测点为Ф22锚杆支护,7#为Ф25锚杆支护。5#、7#测点的观测数据见表1、表2。

表1 5#测点观测数据(Ф22)

表2 7#测点观测数据(Ф25)

3 结语

从3个测点的观测数据看,使用Ф22锚杆支护的5#、6#测点的两帮日均位移近分别为23.3mm、41mm,顶板日均下沉量为18.7mm、26.8mm;使用Ф25锚杆支护7#测点两帮日均移近量为41mm,顶板日均下沉量为15.6mm。使用Ф25锚杆支护的巷道比使用Ф22锚杆支护的巷道顶板日均下沉量要小,所以压力大的地段,使用Ф25锚杆支护对巷道加强支护能起到较好的效果。（如图3）