復(fù)合頂煤巷錨帶網(wǎng)加錨索聯(lián)合支護(hù)

復(fù)合頂板支護(hù)目前仍是新汶礦業(yè)（集團(tuán)）公司推廣應(yīng)用煤巷支護(hù)的技術(shù)難點(diǎn)之一。翟鎮(zhèn)煤礦以往在復(fù)合頂板煤巷掘進(jìn)過(guò)程中使用錨桿支護(hù)時(shí)曾發(fā)生過(guò)冒頂，在一定程度上影響了煤巷錨桿支護(hù)在全礦的推廣。為了促進(jìn)錨桿支護(hù)在全礦的應(yīng)用，對(duì)3401西運(yùn)輸巷進(jìn)行了復(fù)合頂板煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)試驗(yàn)研究，并取得了成功。
1、試驗(yàn)巷道的技術(shù)條件
3401西運(yùn)輸巷沿4煤頂板掘進(jìn)，鉆眼爆破法施工，巷道凈高2.4m，凈寬3. 2m,埋深H＝380-410m，走向700m。．位于3202W面下方，掘進(jìn)過(guò)程中將受到3202W面采動(dòng)壓力影響。4煤厚2.8-3.0m，傾角8º，硬度f(wàn)=1.5-2，與上部2煤層間距14～15m；直接頂為深灰色泥質(zhì)粉砂巖，厚1.2～2. 2m，巖石抗壓強(qiáng)度22－45MPa，層理發(fā)達(dá)，裂隙一般，局部夾4煤上1，其上為0.4-0.8m厚的4煤上2，再上為深灰色粉砂巖，厚2. 5-4. 2m；老頂為灰白色中砂巖，厚4. 0m，巖石硬度f(wàn)＝5-6；底板上部為黑色泥巖，厚0. 25m，其下為0. 5m厚的粉砂巖，再下為1. 0-2. 0m中細(xì)砂巖。詳見(jiàn)煤層綜柱狀圖1。

2、錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)的支護(hù)機(jī)理
復(fù)合頂板支護(hù)的難度，在于軟夾層（煤線(xiàn)、泥巖）地質(zhì)弱面的存在，導(dǎo)致上、下層面間的結(jié)合力低，普通錨桿無(wú)法將其包納入錨固范圍之內(nèi)，承載能力有限，而且軟弱夾層本身的松動(dòng)膨脹也會(huì)對(duì)下位巖層形成較大的垂直載荷，易導(dǎo)致頂板垮落。特別是3401W運(yùn)輸巷位于正在開(kāi)采的3202W面的下方，承受地壓和采動(dòng)壓力的雙重作用，必須采取一定補(bǔ)強(qiáng)措施，才能確保施工安全。
應(yīng)用“錨帶網(wǎng)＋錨索”聯(lián)合支護(hù)方式可以克服單純錨桿（錨帶網(wǎng)）支護(hù)的弊病。“錨帶網(wǎng)”可以發(fā)揮擠壓加固作用，促使錨固范圍之內(nèi)的巖石形成能承受一定載荷的整體結(jié)構(gòu)，維護(hù)錨桿長(zhǎng)度范圍內(nèi)的頂板，保持整體性，一定程度上阻止上部圍巖的松動(dòng)與變形。考慮到頂板中等穩(wěn)定的特性，采用W鋼帶配合金屬菱形網(wǎng)來(lái)維護(hù)頂板。錨索則錨固在上部穩(wěn)定的老頂巖層之中，發(fā)揮其懸吊作用，將潛在的垮落范圍之內(nèi)的頂板巖層懸吊于完整堅(jiān)固的老頂巖體上，由錨索來(lái)承擔(dān)垮落范圍之內(nèi)的巖層所受的垂直載荷，防止頂板巖層離層。
3、支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)
3.1錨帶網(wǎng)支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)
錨帶網(wǎng)的作用在于維護(hù)巷道頂板及兩幫煤壁的完整性。因此，按照加固拱原理和松動(dòng)圈理論，進(jìn)行各參數(shù)計(jì)算，最終設(shè)計(jì)的錨帶網(wǎng)支護(hù)參數(shù)為：頂錨桿選用長(zhǎng)1. 8m、Ф18全螺紋錨桿，間距0.85m，排距0.7m，采用2個(gè)Z2335樹(shù)脂藥卷實(shí)現(xiàn)加長(zhǎng)錨；幫錨桿采用長(zhǎng)1.8m, Ф18車(chē)絲螺紋鋼錨桿，排距0.7m，上幫間距0. 7m，下幫間距0. 8m，采用1個(gè)Z2835型樹(shù)脂藥卷：鋼帶為BHWZ50—800×2×3200型。
3.2錨索參數(shù)設(shè)計(jì)
根據(jù)煤層頂、底板的實(shí)際情況，為保證錨索提供足夠的懸吊能力，將錨索錨固于砂巖老頂中，錨索在老頂?shù)腻^固長(zhǎng)度取1.0m，因此將錨索的總長(zhǎng)度設(shè)定為6m。上覆巖層潛在垮落范圍內(nèi)直接頂巖層的自重荷載為：
W=S•γ•D排
式中 S—潛在破壞范圍的面積，

h'－潛在冒高，h'＝1. 5B=4. 8；
B－巷道寬度，取3. 2m；
γ－巖體的容重，取24kN/m³；
D排一錨索的排距，按2排錨桿布置1根錨索設(shè)計(jì)，取1. 4m。
故 W= 241.9kN
錨索的懸吊能力P為：P=P1＞W(wǎng)
P1為錨索的破斷載荷，P1＝260kN
3401西運(yùn)輸巷錨桿＋錨索支護(hù)總體布置參見(jiàn)圖2。

4、巷道礦壓觀(guān)測(cè)研究
為了驗(yàn)證錨桿和錨索聯(lián)合支護(hù)對(duì)復(fù)合頂板煤巷維護(hù)的可靠性，在掘進(jìn)的同時(shí)對(duì)巷道進(jìn)行了表面位移、頂板離層等綜合礦壓觀(guān)測(cè)。為調(diào)整、優(yōu)化支護(hù)參數(shù)提供了依據(jù)。
4.1礦壓觀(guān)測(cè)結(jié)果
（1）表面位移量觀(guān)測(cè)。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ測(cè)站頂板和兩幫變形與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)參見(jiàn)圖3。

（2）錨桿受力觀(guān)測(cè)。頂部和幫部錨桿受力與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)參見(jiàn)圖4。

（3）錨索受力觀(guān)測(cè)。錨索受力與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)如圖5所示。

4.2觀(guān)測(cè)結(jié)果分析
（1）錨桿支護(hù)效果
對(duì)表面位移觀(guān)測(cè)的結(jié)果為Ⅱ測(cè)站因受采動(dòng)影響，所以變形量較大，其中頂板下沉175mm，兩幫移近218mm和102mm，在巷道掘出約15d后，基本趨于穩(wěn)定，說(shuō)明此種支護(hù)基本合理．從觀(guān)測(cè)到的錨桿受力情況看，都發(fā)揮了積極作用，以人工設(shè)置改善提高了圍巖整體性能，促使圍巖形成組合梁、加固拱，以圍巖自身的穩(wěn)定性去承受地壓。這是一種積極主動(dòng)的方式，也是其與架棚的根本區(qū)別，從效果看，也優(yōu)于架棚。隨著采面的推進(jìn)，對(duì)位于架棚段的I號(hào)測(cè)站進(jìn)行了觀(guān)測(cè)，雖然在800mm棚距的基礎(chǔ)上又加了棚，使棚距達(dá)到400mm,但頂板下沉量仍達(dá)到372mm，兩幫移近459mm，部分架棚段已發(fā)生頂板冒落，棚梁壓彎，棚腿變形蹬出，片幫加劇，采用錨桿支護(hù)，即使在經(jīng)受采動(dòng)壓力和側(cè)向支承壓力煤柱壓力聯(lián)合作用下，頂、幫仍具有較高的強(qiáng)度抵抗外力，保持自穩(wěn)，當(dāng)受采動(dòng)影響時(shí)，頂錨桿承受了100kN左右的力，幫錨桿承受了80kN左右的力。有效阻止了錨桿錨固范圍的頂板離層和煤壁片幫。通過(guò)測(cè)力錨桿，還分別獲得了錨桿所承受的徑向力和軸向力，錨桿提供的軸向力增加了頂板各巖層間的摩擦力，阻止了層間的離層錨動(dòng)，錨桿徑向力表明錨桿本身有一定抗剪切能力，提高了頂板抵抗外力維持穩(wěn)定的能力。
（2）錨索支護(hù)效果
錨索在整個(gè)支護(hù)體系中，也發(fā)揮了重要作用。Ⅱ測(cè)站的錨索力最大達(dá)到160kN，這表明錨索已承擔(dān)來(lái)自上覆巖層的載荷。錨索附近的雙高度離層指示儀讀數(shù)為18mm，已進(jìn)入警戒范圍。說(shuō)明由于4煤上分層等地質(zhì)弱面的存在，錨桿錨固范圍的巖層已同上部穩(wěn)定巖層發(fā)生離層，這種離層下沉若不能有效控制，必須會(huì)發(fā)展成冒落，錨索的作用正是在離層巖層與上部老頂間建立聯(lián)系，阻止直接頂下沉，維護(hù)上覆巖層的整體結(jié)構(gòu)。在本次試驗(yàn)之前，也曾在此條巷道中進(jìn)行過(guò)錨網(wǎng)支護(hù)試驗(yàn)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)和采面的推進(jìn)，其頂板下沉量最大達(dá)300mm以上，為確保安全，又對(duì)其部分地段進(jìn)行架棚，即使如此，頂板仍不斷下沉。本次試驗(yàn)，采取錨索支護(hù)做為補(bǔ)強(qiáng)措施，Ⅲ、Ⅳ測(cè)站的錨索受力穩(wěn)定，只在很小的幅度內(nèi)波動(dòng)；頂板離層值亦不大，都控制在安全范圍內(nèi)．說(shuō)明錨索作為一種主動(dòng)支護(hù)，能平衡潛在垮落范圍內(nèi)巖層所受載荷，阻止其垮落，進(jìn)一步增加了圍巖的承載能力。
5評(píng)價(jià)
試驗(yàn)是成功的，聯(lián)合支護(hù)的突出優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了效率；巷道維護(hù)效果好，后續(xù)工程量減少；節(jié)省大量材料，節(jié)支降耗效果顯著，安全可靠性大。