“鸟窝”锚索在动压作用下全煤巷道支护中的应用

2019-05-07王威

山东煤炭科技 2019年4期

王威

（黄陵矿业公司一号煤矿，陕西延安 727307）

黄陵矿业一号煤矿开采时矿压显现强烈，尤其是临空的进风巷道受综采工作面超前支撑压力与矿井采空区侧向支撑压力的双重影响，动压明显区域、联络巷口、硐室口处巷道围岩变形严重，顶板下沉明显，底鼓量大，不得不进行二次维修。由于进风巷道在掘进时受到相邻掘进面超前支承压力及侧向支承压力的影响，在回采时还要受到采煤工作面带来的采动影响，压力显现剧烈，围岩变形大，尤其是断面大的地方造成锚索（钢带）破断现象。

1 概况

矿井623进风巷位于六盘区东北侧，西与北二运输大巷相接，南部为621回风巷，北部目前没有布设工作面，东部为五盘区。623进风巷直接顶为粉砂岩，平均厚度10.7m，致密坚硬，基本顶为中粒砂岩与细粒砂岩，平均厚度12.28m。

621进风巷沿煤层顶板掘进，为矩形断面，设计掘宽4.6m，掘高2.8m，采用的支护方式为：锚杆+锚索梁+塑钢网联合支护。顶部采用Φ20×2500mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆进行支护，相邻两锚杆的排距为：800mm×800mm，并采用“六—六”矩形布置，每孔消耗MSK2335型树脂3节。帮锚杆间排距700×1000mm，“四—四”矩形布置，两帮采用左旋无纵筋螺纹钢锚杆Φ20×2500mm，锚杆托盘尺寸200×200×12mm，每孔消耗MSK2335型树脂2节，同时两帮锚杆上安设1根2.6m T140型钢带配合支护。支护情况如图1所示。

2 存在的问题

按上述支护参数进行支护，现场实际观测后发现，进风巷在各个硐室口处受相邻619综采面压力影响，一直到回采推过一段时间内，巷道围岩变形较为严重，尤其在2#联络巷口前后10m范围内，顶板下沉达到150mm，底鼓量高达1.2m，部分锚索梁压断，锁具脱落。回采前需进行大量落底、补强支护及二次维护。

图1 621进风巷道支护形式

3 巷道不同时期的围岩变化特征分析

根据采区布置，623进风巷与621进风巷道支护参数一样，623进风巷距相邻采煤工作面的回风巷平面位置相距30m(30m区段煤柱)，621综采面采深大约在283～470m范围。工作面回采和进风巷道的关系如图2所示。从支护角度，进风巷道将分为三个阶段：

图2 623进风巷道2#联络巷与采煤工作面位置

在A段内，巷道已经掘进完成，巷道围岩在由最初的平衡状态到掘进完成后的重新分配，巷道的围岩已经趋于稳定，并且围岩的变形都在可控范围之内。

在B段内，随着临近综采面的回采开始，巷道将经历综采面回采时的侧向支承压力本面超前支承压力，这时巷道的围岩发生剪切变形破坏，巷道围岩破损加大，巷道顶板出现下沉，底板鼓起，出现严重破坏现象，直到综采面顺利回采过后，巷道围岩才会逐步变稳定。如图3所示。

在C段内，巷道将经历全部上一综采面的侧向支撑压力+超前支承压力，这时候由于受到采空区顶板垮落的影响，进风巷的围岩压力主要以煤柱的松散破碎及顶板下降为主。

图3 在B段内进风巷道应力分布

因此，在支护设计时，必须根据巷道在所经受的不同压力阶段综合考虑来确定该段锚索支护设计。

4 “鸟窝”锚索的应用

4.1 “鸟窝”锚索特点

锚索有几种不同的类型：无预应力锚索、快装预应力锚索、后应力锚索。和一般锚索相比，高预应力“鸟窝” (其结构如图4) 锚索具有下列优点：

图4 高预应力“鸟窝”锚索

（1）索头保护套可以保证锚索在运输或者安装当中不易出现散股现象，从而造成锚索施工中的不便。

（2）为确保锚索在孔中顺利对中，通常在设计制造“鸟窝”大小时会让其比钻孔直径小2mm，树脂便可均匀分布于锚索四周，用少量的树脂获得较大的锚固力；同时，“鸟窝”还可对树脂进行均匀搅拌，进而使锚索的拉拔力更大；此外，借助“鸟窝”中间的镂空，可让树脂充分进入“鸟窝”内，锚索与树脂便可变为一个整体，使锚索的拉拔力更强。

（3）布设加强管是为了更便于安装，当锚索接触树脂后，让锚索更易进入孔内。

（4）“鸟窝”的索具和常见的索具不同，高预应力“鸟窝”索具提前在锚索上安装好，减少了井下的劳动量。锚索是根据设计好的长度制造的，安装工人无法随意剪断锚索。