煤矿软岩回采巷道锚杆支护技术应用

摘 要：软岩回采巷道支护是煤炭开采中的一项关健技术，合理、安全、可靠的巷道支护技术是实现矿井高产高效的必备条件，袁店二井煤矿主采煤层7、10煤层顶板为泥质粉砂岩或泥岩，呈层状，性脆，裂隙发育;底板为泥岩，遇水易膨胀泥化，属于典型的软岩回采巷道，架棚支护是一种被动支护，易造成巷道两帮及顶底版移近量大，支架损坏严重，易出现前掘后修的现象，严重影响安全生产。在国内外大量软岩回采巷道锚杆支护技术实践的基上，安徽省淮北矿业集团袁店二井煤矿83采区7238工作面回采巷道掘进时应用了锚杆、锚索支护技术，取得了成功，获得了较大的技术经济效益和社会效益。

关键词：软岩回采巷道;支护设计;锚杆;锚索

0引  言

自1872年英国北威尔士露天页岩矿首次应用锚杆加固边坡及1912年德国谢列兹矿最先采用锚杆支护井下巷道以来，锚杆支护技术至今已有一百多年的历史。我国于20世纪50年代开始试用锚杆支护技术，至70年代前期还处于探索阶段，直到1978年才开始重点推广，80年代开始向英国学习锚杆支护技术后推广到煤巷支护，90年代又向澳大利亚学习引进成套先进的锚杆支护技术，目前已得到较广泛的推广和应用，锚杆支护作为一种主动支护方式，也是煤矿常用的主要的支护形式，目前安徽省淮北矿业集团煤矿回采巷道普遍采用锚杆支护的方式。但对软岩回采巷道的锚杆支护效果一般，需要不断的探索改进，怎么选择一种适合软件回采巷道的锚杆支护方式，是存在软岩回采巷道掘进矿井的一个实际施工难题和研究方向，需要不断的实践总结。

1、软岩回采巷道特点

软岩本身具有崩解性、膨胀性和触变性的基本属性，软岩回采巷道的表象特征为：顶板下沉、两帮涨帮、底板鼓起，其特点是：软岩易风化、遇水易膨胀;软岩地压大、来压快、变形量大、且变形持续时间长;软岩回采巷道自承能力低，底鼓明显等。

2、软岩回采巷道支护理论和原则

众所周知，一种好的有效的支护方法必须和围岩的变形特征相适应，否则将导致支护体不同程度的破坏，制约矿井安全生产。

目前锚杆支护理论有悬吊理论、组合梁理论和加固拱理论等。悬吊理论是最早的锚杆支护理论、特别是在顶板上部有稳定岩层，而其下部存在松散、破碎岩层的条件下，这种支护理论应用比较广泛。其主要缺陷是仅考虑了锚杆的抗拉作用，没有涉及其抗剪能力及对破碎岩层整体强度的提高。组合梁理论充分考虑了锚杆对岩层离层与滑动的约束作用，适用于层状岩层。该理论认为，锚杆提供的轴向力将对岩层离层产生约束，并且增大了各岩层间的摩擦力，与锚杆杆体提供的抗剪力一同阻止岩层间产生相对滑动。加固拱理论认为，即使在软弱、松散、破碎的岩层中安装锚杆，也可以形成一个承载结构。软岩回采巷道锚杆支护工艺要遵循四个原则：一是提高单根锚杆与单根锚索的强度，在保证支护强度不低于原有支护强度和巷道安全的前提下，减小锚杆密度，降低单位面积上锚杆数量，这样实际施工工需要施工的锚杆数量就少了，从而施工的耗费的人力物力等等都下降了，作业所需的时间也变得短了，施工效率就提高了，从支护设计上提高成巷速度;二是提高锚固系统的整体刚度，通过多种组合，比如锚杆金属网组合、锚杆钢带组合、锚杆加固梁组合、锚杆锚索金属网组合等多种多样的组合，联合成一个锚固系统整体，组就增加锚固区抵抗变形的能力，充分发挥大扭矩锚杆及高预紧力锚索的支护作用;三是大幅提高锚杆的预紧力， 锚杆支护的主动、及时支护，主要体现在锚杆支护体系对巷道围岩施加较大的、及时的初期支护阻力，初期支护阻力提高了围岩的自承能力、有效控制了巷道围岩变形。锚杆支护体系的初期支护阻力是由锚杆的初锚力产生的，初锚力则是由安装锚杆时施加在锚杆上的预紧力产生的。锚杆预紧力是体现锚杆支护的主动性、及时性的主要指标。合理的预紧力可提高岩层的自支撑能力，保证整个锚杆支护体系充公发挥支护效能。提高锚杆控制围岩的早期扩容与离层的能力，通过这样的控制最大限度地保持锚固煤岩体的完整性和承载能力，避免围岩产生较大的变形，使其强度过早、过快地降低。四是提高组合件的强度与刚度。由于锚杆密度降低锚杆间的距离增大，为了有效控制锚杆之间煤岩的变形、松散破坏，需要增加金属网或钢带的强度与刚度，一方面控制了破坏程度一方面提高了支护强度，这样就能起到兼顾的支护效果。

四、软岩回采巷道支护方法

由于软岩回采巷道的特性，所以软岩回采巷道的支护方法并不是单一的支护方式就可以奏效的，实践证明软岩回采巷道的支护必须采用联合支护方式。根据国内外软岩回采巷道支护实践，目前主要采用以下几种支护方式：锚杆+喷射混凝土支护、锚杆+金屬网+喷射混凝土联合支护、锚杆+金属网+锚索联合支护、锚杆+金属网+喷射混凝土+注浆联合支护等，同时根据设计断面尺寸及现场围岩状况采取不同方式的加固措施补强支护。

五、支护实例

安徽省淮北矿业集团公司袁店二井煤矿八三采区7238回风巷掘进初期，设计采用锚杆支架支护，由于沿空掘进矿压显现强烈，巷道变形严重，经常出现反复修护的问题，也制约着安全生产。改用顶板支护采用规格为：Φ22mm，L=2400mm的高强左旋无纵筋螺纹钢锚杆，配L=4400mm的M型钢带;金属网采用8#铁丝编织的菱形网，长×宽=5000×1000mm;托盘为M型钢带专用锚杆托盘，锚索规格为：Φ17.8×6300mm的钢绞线，托盘为300×300×10mm的专用锚索托盘，锚索隔排打设（机巷每排3根，风巷每排2根），间排距1600×1600mm。两帮采用规格为：Φ22mm，L=2400mm的高强左旋无纵筋螺纹钢锚杆（7236机巷沿空掘进侧巷帮采用Φ20mm，L=2200mm的等强全螺纹钢锚杆），钢带采用L=2200mm，L=1700mm和L=1000mm的“M”型钢带搭接使用。配合8#铁丝编织的规格为：长×宽=3000×1000mm菱形网联合支护，锚杆托盘为M型钢带专用锚杆托盘。

沿采空区施工时，对沿空侧顶（不小于巷宽1/2）、帮必须喷（注）浆封堵，喷浆厚度不小于100mm，预留中对中8米煤柱，保证封堵严密的同时让现有的施工巷道与原巷道及预留煤柱连成一个整体，提高了现有施工巷道的支护强度。

现巷道设计矩形断面，采用锚杆+锚索+锚网联合支护，同时施工时采用“预留围岩松动圈、预留变形量、手镐成形”施工工艺，以减少对围岩的破坏，提高支护强度。支护参数如下：

考虑到本矿回采巷道沿空掘进，所以在设计上大了安全系数，取L=2.4m、D=20mm、a=900mm。

2、锚索直径为17.8mm， 锚索长度为6300mm，锚索间、排距为1600mm*1600mm。

3、金属网采用8#铁丝编织的菱形网，长×宽=5000×1000mm;

支护设计图见下图1所示。

采用锚杆+锚索+锚网联合支护，并辅以“预留围岩松动圈、预留变形量、手镐成形”施工工艺后，7238风巷道掘进了450m，巷道状况良好，巷道变形量在设计允许变形量范围内，除局部巷道出现了底鼓需卧底处理外，未出现返修状况，达到了预期目的。

六、结语

锚杆支护能有效控制围岩变形，显著改善了巷道支护效果，巷道仅需作卧底处理即可满足安全生产需要。锚杆支护为主动支护，支护成本比金属支架架棚支护低。同时锚杆支护减少了支架搬运、回撤等工作量，工人劳动强度大大降低，掘进速度加快，效率明显提高。

参考文献：

[1]何满潮，孙晓明.中国煤矿软岩回采巷道工程支护设计与施工指南[M].科学出版社，2004.

[2]薛顺勋，聂光国等软岩回采巷道支护技术指南[M].煤炭工业出版社，2002.

作者简介：

张超（1978-），男，安徽淮北，采矿工程师，2009年安徽理工大学采矿工程（函授），安徽省亳州煤业有限公司袁店二井煤矿调度指挥中心主任。