陈家沟煤矿强力锚索支护参数实验研究

李学军 马鹏乾

(华亭煤电股份有限公司陈家沟煤矿，甘肃 华亭 744100)

陈家沟煤矿强力锚索支护参数实验研究

李学军 马鹏乾

(华亭煤电股份有限公司陈家沟煤矿，甘肃 华亭 744100)

以8513运输顺槽掘进工作面锚索退锚原因调查为切入点，分析了锚索在支护体系中的作用，通过理论分析计算，重新设计了锚索长度和安装预紧力，并在8513运输顺槽、3204掘进工作面进行了试验，试验研究结果证明锚网索支护增大了支护强度，在保证巷道安全性及今后支护参数选取上具有积极的参考意义。

锚索支护，预紧力，退锚，参数

1 研究背景

锚网索支护在陈家沟近10年的巷道支护中得到了普遍推广应用，以往在锚索支护参数的选取上均依照最初设计和研究单位给定的数值，并结合现场经验进行确定，经过多年实践，支护参数也发生了较大变化。在工程实践中，时有锚杆、锚索杆体拉断破坏、锚索退锚现象，8513运输顺槽在掘进时即发生了部分锚索退锚，以此为切入点，通过理论分析和现场支护试验，旨在科学进行支护参数设计，提高巷道支护安全性。

2 锚杆锚索支护体及其匹配关系分析

锚杆锚索联合支护的原理是通过支护体所给的预紧力产生悬吊作用，进而在围岩挤压加固下，形成支护拱，控制巷道周边围岩，预紧力加载的合理性是控制围岩最初产生大量位移变形的直接影响因素。而联合支护结构中各个支护构件相互作用与围岩结构的优化耦合是实现支护一体化和载荷均匀化的关键。巷道锚网索支护是通过锚索和锚杆长度配合来控制顶板，锚索在支护体中起补强作用。研究表明，各支护参数对于控制巷道围岩收敛均有影响，但最敏感的因素是锚杆间排距和杆体长度，对于锚索来说主要是其安装密度和直径，同时要考虑动力条件下所承受的能量和自身变形。巷道断面形状在一定程度上决定着围岩控制的稳固性，但在无支护状态下，巷道表层围岩塑性松散层自然垮落后的断面形状既不是梯形，也不是拱形，即不取决于巷道设计的断面形状，真正起稳固作用息止顶板围岩冒落的是松散层的深度和稳定围岩的挤压作用，围岩具有自稳能力(如图1所示)。

适当减小锚索长度、增大锚杆长度，可以有效提高支护效果。一方面已经将锚索布置在巷道顶板的塑性区以上的范围内，另外一方面，适当减小锚索长度，有利于减弱锚索所承受的应变能和系统动能，进而和锚杆形成较好匹配，减少断裂的趋势。同时，锚索支护作为一种高承载力的支护手段，也能减轻巷旁压力。根据现场测试结果和理论分析，锚索参数调整如下：1)锚索长度：由7.3 m缩小为6.5 m；2)锚索密度：1 m×1 m；3)锚索直径：由17.8 mm增大到22 mm；4)增加让压环和球形垫板。

通过在8513掘进工作面进行工程实践，表明增大索体直径，支护材料自身承载强度增大，明显减少了断锚现象的发生。据不完全统计，8512工作面掘进过程中，因受压拉断的锚索达3 538套；8513运输顺槽新掘近1 000 m巷道断锚数量仅37套。

3 锚索预紧力实验研究

对于施加主动应力来阻止下沉为目的的锚索设计，可按设计锚固力施加应力，设计时应考虑锚索与围岩的变形协调，使锚索充分发挥作用，一般对锚索施加初始预应力为设计锚固力的30%～80%，根据行业标准MT/T 942—2005计算出的设计锚固力为352.7 kN(88 MPa)，因此，陈家沟煤矿使用的skp21.8-1/1860锚索初始预应力应为105.8 kN(26.5 MPa)～282.2 kN(70.6 MPa)。

1)矿用锚索最大力计算：

Ru=ηa×n×Sn×Rm

(1)

Ru=0.95×1×301×1 860=531 867 N，即54.272 t。

其中，Ru为矿用锚索最大力，N；ηa为锚具效率系数，取0.95；n为钢绞线根数；Sn为单根钢绞线参考截面面积，mm2；Rm为钢绞线抗拉强度，MPa。

2)矿用锚索设计承载力计算：

Nt=m×n×Sn×Rm

(2)

Nt=0.6×1×301×1 860=335 916 N，即34.277 t。

其中，Nt为矿用锚索设计承载力，N；m为矿用锚索张拉应力控制系数，取值不大于0.6；n为钢绞线根数；Sn为单根钢绞线参考截面面积，mm2；Rm为钢绞线抗拉强度，MPa。

3)矿用锚索设计安全系数：

K=Ru/Nt

(3)

K=531 867/335 916=1.583≥1.5，满足要求。

其中，K为矿用锚索安全系数，取值不小于1.5；Ru为矿用锚索最大力，N；Nt为矿用锚索设计承载力，N。

4)矿用锚索锚固力计算公式：

锚固力必须大于设计承载力的1.05倍，则有：

Nm≥Nt×1.05

(4)

Nm≥335 916×1.05=352 712 N，为35.991 t。

其中，Nm为矿用锚索锚固力，N；Nt为矿用锚索设计承载力，N。

对于施加主动应力来阻止下滑为目的的锚索设计，可按设计锚固力施加应力，设计时应考虑锚索与围岩的变形协调，使锚索充分发挥作用，一般对锚索施加初始预应力为设计锚固力的30%～80%。按照上述数据计算，初始预应力应在105.8 kN～282.2 kN之间。

表1 8513运输顺槽试验段锚索退、脱锚情况统计表

根据现场经验，由于张拉作用会引起被加固体产生较大的蠕动和塑性变形，通常进行张拉试验来决定初始预应力值，一般对锚索施加初始预应力为设计锚固力的60%。即为：Nm×60%=352.712×0.6=211.6 kN。依据GB 50213—2010煤矿井巷工程质量验收规范中第9.2.5条规定预应力锚索锁定后的预应力值不应小于设计值的90%，即190.44 kN。经观测，在动压影响区域，退锚现象明显减少，根据顶板离层分析，顶板压缩变形为220 mm，顶底板移近量不超过300 mm，且主要为底鼓，表明顶板支护对顶板位移下沉的控制较好，提高支护预紧力可以控制顶板早期变形。8513运输顺槽试验段锚索退、脱锚情况见表1。

4 结语

1)巷道围岩松散冒落层以外具有隐形自稳拱，将锚索锚杆支护体安装在塑性挤压区以上，即可以起到与围岩耦合加固作用。2)合理调整锚杆锚索支护参数，提高支护体自身强度，有利于减弱锚索所承受的应变能和系统动能，进而和锚杆形成较好匹配，减少断裂的趋势。3)合理确定锚索初始预紧力，可以预防顶板围岩初期变形，及早控制围岩位移松动。

[1] 高喜才，伍永平，邵学敏.深部开采全煤硐室围岩变形机理及底鼓控制技术[J].煤炭科学技术，2013，41(4)：1-4.

[2] 邓 坤，惠兴田，韦正范.基于自稳隐形拱原理的锚杆支护设计[J].矿业环保与安全，2006(1):77-79.

[3] 康红普,王金华.煤巷锚杆支护理论与成套技术[M].北京：煤炭工业出版社,2007.

[4] 何满朝.中国煤矿锚杆支护理论与实践[M].北京：科学出版社,2004.

[5] 李亮青.浅析煤巷锚杆支护机理[J].科技资讯，2011(23)：40.

Study on parameter of power anchor & rope supporting for Chenjiagou coal

Li Xuejun Ma Pengqian

(HuatingCoalandElectricityCo.,Ltd,ChenjiagouCoalMine，Huating744100，China)

The investigation on unload the cable bolts as the breakthrough point happened in with 8513 loading, it analyzes that the anchor cable in the role of supporting system, by theoretical calculation, redesigns the prestressing force and the length of anchor cable. By taking the test in 8513 transport gateway and 3204 tunneling working face, it proves that the anchor net supporting can increases the strength system, it has positive reference meaning for safety and asselection of supporting parameters in future.

cablebolting, pretension force, hauling-off anchor, parameter

2015-01-27

李学军(1974- )，男，工程师; 马鹏乾(1987- )，男，助理工程师

1009-6825(2015)10-0088-02

TU463

A