整体耦合让均压锚杆支护技术在红会矿区沿空巷道中的应用

2018-08-05张宏升

世界有色金属 2018年10期

关键词：动压锚索锚杆

张宏升

（甘肃能源化工职业学院，甘肃兰州 730207）

为合理有效的解决沿空巷道支护这一难题，为改变巷道支护设计理念，进而实现支护安全，从沿空留巷整体耦合让均压基本理念进一步对巷道系统支护设计方案进行研究和应用，也是该特殊环境条件下对巷道支护方面的一次技术革新。

1 工作面布置情况

图1 1708工作面情况

从图1中可以看出：1708工作面机道为沿空掘进，与1710工作面采空区之间的间距为6m，1708工作面回风巷附近无采动影响。

2 巷道掘进时矿压显现特点

根据目前掘进头的动压显现明显，且每次动压显现时，锚杆木托盘都会低位让压，造成锚杆受力急剧下降，使锚杆处于低位波浪式受力，不能保证锚杆的长时支护效率。通过现场观测到的情况，在距离掘进头50m左右以后的巷道，矿压逐渐趋于稳定，围岩基本上达到稳定状态。

3 原巷道支护支护方式存在的问题

①锚杆支护系统初期支护效率高，但支护效率衰减快。②采用小托盘结构容易施加安装扭矩，但对充分发挥锚杆的作用效果并不好。③所用锚杆为普强杆体，在强矿压条件下普强杆体的高延伸率，不足以控制围岩的变形。④表面支护强度低、控制效果差，锚杆的外部支托条件很差，在受到工作面超前支承压力的影响后，锚杆的锚固效果下降，致使锚杆支护后期支护效率低。⑤未根据巷道受力特点进行针对性设计。目前的巷道支护设计仅为常规设计，适用于条件较为简单的情形，对于红会一矿的巷道变形显现特点，应根据其具体条件采用科学的针对性设计方案，如支护系统抗动压的能力等。⑥沿空侧的锚杆树脂锚固剂凝固时间过缓。由于围岩初期变形较大，锚杆安装因锚固剂凝固时间慢，不利于围岩的维护，严重影响锚杆的初期工作效率及最终工作效率。因此，必须选择快装锚杆及合适的锚固剂，实现及时早期支护。

4 整体耦合让均压锚杆支护方案

根据整体耦合让均压支护原理，在巷道支护设计中，必须根据具体的地质和采矿条件，对耦合让均压参数进行整体设计。包括：锚杆（索）的安装载荷、围岩应力－锚杆（索）载荷平衡（最小支护强度）、围岩变形－锚杆（索）延伸长度耦合（支护体最小延伸长度）、锚杆－锚索间的耦合。

（1）锚杆支护体系的高配置性能。①新方案锚杆规格为：Φ20×2600mm，选用钢材为Q500矿用高强螺纹钢，最小屈服强度15.7t、最小抗拉强度20.3t；原锚杆规格：Φ20×2400mm，选用钢材为：20MnSi普通MG335螺纹钢，最小屈服强度10t、最小抗拉强度15t。②托盘：高强球型托盘，承载能力大于23t;原托盘钢材为普通钢，承载能力大于10.5t。

（2）均压管、扭矩放大器、阻尼螺母、“鸟窝”锚索等新材料、新设备的应用，提高了支护质量。

（3）锚杆的预应力。锚杆的预应力是控制围岩早期变形的重要参数。预应力过小会使围岩发生过大的早期变形，松散破碎圈增大，引起顶板破碎，巷道变形增加。

（4）最小支护强度（应力载荷耦合）和最小延伸长度（变形耦合）。围岩既是被支护的对象，又是支护体的一部分（自承）。锚杆支护设计必须把围岩和锚杆系统作为一个整体考虑。随着开采深度的不断增加，巷道围岩变形与应力的关系变得越来越复杂。首先是“静压力”（垂直和水平）高带来的“软岩”变形大的特性。当变形超过锚杆（锚索）的可延伸长度时导致锚杆（锚索）破坏，最终整个支护体失稳。在有冲击倾向性的围岩条件下，由于动压冲击引起的瞬时压力，造成支护体（包括锚杆、锚索以及围岩）瞬时破坏，一般的来说，是由于锚杆或锚索首先破坏而导致整个支护体失稳。所以，合理的支护设计必须具有一定的变形让压性能，以达到支护体的特性曲线和围岩特性曲线耦合，保证锚杆（索）在由于变形压力引起超负荷时起到变形耦合和让均压作用。

（5）支护体（锚杆、锚索）和围岩间的耦合。一个成功的锚杆支护系统，不仅要求支护强度达到要求，还要根据围岩应力和变形特性曲线特征设计合理的锚杆特性曲线，以适应围岩应力和变形的需要。

（6）耦合让均压锚杆（索）。耦合让均压锚杆是根据钢材的原始特性以及动压特点，通过耦合让均压元件来改善锚杆（索）的工作特性曲线，使其与围岩特性曲线耦合，达到安全、经济的支护目标。

（7）锚杆和锚索间的耦合。采取耦合措施使得锚杆和锚索实现变形和载荷耦合协调，达到共同支护围岩的目的。

（8）表面支护。表面控制是指锚杆托盘、钢带（钢带托盘）和金属网等的合理设置。锚杆托盘是锚杆支护顶板的受力点，托盘的强度必须与锚杆匹配，托盘的大小必须保证。