論采空區(qū)下錨桿支護關鍵技術手段

一、概述
　　某礦6204工作面，位于上覆B6槽煤采空區(qū)下方。B4槽與B6槽垂直間距為30m左右，上覆B6采動影響導致B4槽頂板破碎，圍巖應力重新分布造成巷道圍巖變形持續(xù)變化和增加。6204順槽錨桿方案設計和參數(shù)，選取基于6204工作面煤層賦存特征說明及現(xiàn)場調(diào)研，在保證支護安全的前提下，兼顧巷道的快速掘進，進行了針對性的分析，并通過相應的理論分析和計算，結合一定的工程實踐積累而確定。
　?。ㄒ唬┑刭|概況
　　6204工作面對應地面標高+20m，順槽標高-612m，對應地面位置為堤壩。6204工作面對應的上覆B6煤已回采。工作面走向長550m。B4煤為結構簡單的中厚煤層，平均煤厚3.5m，局部有夾矸插入體及底鼓變薄帶，煤層靠中下部含一層0.4m厚的軟分層。施工段煤巖層產(chǎn)狀變化較大，煤層傾角25～32°，平均28°。
　?。ǘ┫锏谰S護特點
　　1.巷道位于B6槽保護層開采采空區(qū)下方，由于煤層回采對底板的破壞，B4槽煤層頂板將比較破碎，穩(wěn)定性差。受上覆煤層采動影響，圍巖應力重新分布，巷道圍巖變形會持續(xù)變化和增加，對支護的長期穩(wěn)定性影響很大。
　　2.巷道埋深達到了550m，地壓較大，底鼓和兩幫變形都很強烈。底板在近乎無約束狀態(tài)將發(fā)生強烈破壞，只能通過加強兩幫及底角來減緩底鼓，難以從根本上控制底板變形，因此控制底板巖層離層鼓起失穩(wěn)的難度非常大。
　　3.煤層傾角大，最大傾角達到了32°，高幫高度最大為3.8m，剪應力效應明顯，高幫煤體易滑落失穩(wěn)，給支護帶來了一定的難度。
　　4.巷道直接頂為3～4m的砂質泥巖，頂板較完整，但小構造發(fā)育，地應力相對集中，對正常掘進影響很大，頂板管理相對困難。煤層硬度中等偏軟，幫部成型自穩(wěn)能力差，后期受采動影響破壞變形失穩(wěn)速度快，承載能力低，因此幫部圍巖控制要求高。
　　5.綜掘機掘進，對頂?shù)装鍘r層破壞擾動較小，有利于保持圍巖的完整性。
　　綜上所述，該巷道屬于采空區(qū)下大跨度松軟煤層巷道圍巖穩(wěn)定性控制問題，兩幫及底板的控制難度都很大，頂板的安全狀況差，是煤巷錨桿支護所面臨的突出難解決的課題之一，必須引起高度重視，該類巷道圍巖穩(wěn)定性控制技術研究具有一定的挑戰(zhàn)性。
　　二、巷道錨桿支護設計原理
　　本巷道錨桿支護設計，采用的錨桿強化控制技術原理，包括巷道圍巖應力場優(yōu)化、破裂圍巖體強度強化、錨桿支護承載性能強化和圍巖承載結構強化。
　　三、錨桿支護關鍵技術手段
　　（一）高性能超高強錨桿：采用IV級錨桿專用螺紋鋼加工而成的高性能錨桿，抗破斷強度更高，支護剛度更大，限制變形更加有力，針對巷道急劇膨脹擴容產(chǎn)生的高應力控制效果會更有效。
　?。ǘ┐笸斜P：錨桿采用新型大托盤、錨索采用400×400 mm的大托盤，增大護表面積，減輕目前所用的普通小托盤與圍巖局部小面積接觸而產(chǎn)生的點載荷作用，防止圍巖擠壓破損，將對松散層裂破碎巖體起到較好的維護效果。
　?。ㄈ┬滦妥枘崧菽福耗芴峁┹^大扭矩，與高性能預拉力錨桿配套，提高錨桿安裝過程的可靠性，保證支護系統(tǒng)整體安全可靠。
　　（四）高預緊力：采用MOS-90J2型氣扳機可以實現(xiàn)錨桿8～10 t的高預緊力，有效增加錨桿對巷道圍巖支護初期的控制作用，提升錨桿支護的作用級別。
　　四、整體方案設計
　　為保證巷道在最終變形后能滿足通風、行人等安全生產(chǎn)需要，預留巷道斷面以滿足變形的要求，順槽斷面確定為矩形：凈寬×下幫高=4.8m×1.6m；
　?。ㄒ唬┫锏理敯宀捎?根IV級左旋錨桿專用螺紋鋼超高強預拉力錨桿加4.8m長M4型鋼帶、Ф6mm鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護。錨桿間距900mm，排距900mm。錨桿預緊力不低于50kN，錨固力不低于120 kN。錨桿采用200×200mm的新型大托盤。
　　（二）巷道低幫采用3根左旋錨桿專用螺紋鋼超高強預拉力錨桿加1.6m長M4型鋼帶、菱形金屬網(wǎng)聯(lián)合支護。錨桿間距為700mm，排距為900mm。錨桿預緊力不低于50kN，錨固力不低于80 kN。錨桿托盤采用130×150mm的新型托盤。
　?。ㄈ┫锏栏邘筒捎?根左旋錨桿專用螺紋鋼超高強預拉力錨桿加1.6m長M4型鋼帶、菱形金屬網(wǎng)聯(lián)合支護，錨桿間距為700mm。錨桿預緊力不低于50kN，?^固力不低于80 kN。高幫下部兩根錨桿滯后迎頭不得超過10m。
　?。ㄋ模┟扛魞膳佩^桿在頂板中間位置布置一套單體錨索，鋼絞線規(guī)格為Φ17.8×6.3m。錨索排距1.8m，預緊力60～70kN，錨固力不低于200kN，托盤采用400mm×400mm的大托盤，單體錨索緊跟迎頭施工安裝。每隔2排錨桿布置一套錨索梁，沿頂板中線兩側各0.9m布置錨索鉆孔，鋼絞線規(guī)格為Φ17.8×6.3m，2.2m輕型槽鋼上兩眼間距1.8m。預緊力80～100kN，錨固力不低于200kN。錨索梁排距為1.8m，錨索梁滯后迎頭3～5m進行施工安裝。
　　五、經(jīng)濟效益分析
　　6204順槽采用高性能超高強錨桿支護，它與該礦在采空區(qū)下破碎不穩(wěn)定頂板巷道一直采用的U型棚支護直接成本相比較：節(jié)約支護材料費用為150萬元，節(jié)省巷道維修費44萬元。預計6204順槽采用高強錨桿支護所創(chuàng)直接經(jīng)濟效益為200萬元。
　　結語
　　采用高性能超高強錨桿支護，成功地解決了采空區(qū)下巷道礦壓大，變形嚴重和巷道維修工程量大的問題，同時減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率，為巷道快速掘進和快速回采提供了更好的條件。