巷道交叉点斜交台棚支护浅析

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【摘要】简要介绍了巷道交叉点处斜交大台棚的支护方式以及与传统台棚的分析和比较。

【关键词】台棚；支护；锚杆；锚索

中图分类号：TD52文献标识码： A 文章编号：

前言：0093回风眼位于林西矿业公司东0000采区，回风眼从0000石门西横管往上230m处，往西掘进0093工作面上风。台棚处煤厚3.5m，顶板砂岩，顶板完整。回风眼与上风夹角50°，台棚跨度10m。

1、工程简介

0093上风开门改台棚，由于设计当中回风眼和上风的角度为50度，如果采用传统的铁棚子改抬棚的话，则需要11米的大台棚，大规格的台棚无论是在材料使用上还是在施工过程中都存在很大的困难。但是经过多次到现场勘查发现台棚位置的顶板完整，我们可以采用锚索加锚杆加金属网的支护方式，在地质条件允许的情况下采用这一新型支护方式在材料和施工时间上都带来了较大的经济效益。

2、支护机理

巷道开挖后，围岩中的应力状态由原来的三向应力转变为二向应力状态或低围压下的三向应力状态，此时顶板中垂直应力大为减小，水平应力急骤增大，这种应力分布状态，使巷道顶板稳定性大大降低。

通过在顶板中镶入锚杆并对顶板施加一定的预紧力，使顶板岩层受水平应力作用时处于横向压缩状态，形成压力自撑结构，从而阻止顶板围岩体的破坏，消除离层，减缓两帮围岩的应力集中，达到维护围岩稳定的目的。

锚索除具有锚杆的悬吊作用、组合梁作用外，还可以对顶板进行深部锚固而产生强力悬吊作用，并沿巷道纵轴线形成连续强支撑点，以大预紧力减缓顶板失稳岩体的扩容，把已组合的顶板和潜在冒落范围内的岩层同其周围稳定岩层区域联结起来，使相邻的锚杆、锚索作用力相互叠加，组合成一道岩梁。这个新的岩梁厚度成倍的增加，使顶板对煤帮的压力扩散到煤体深部，控制住片帮，维护顶板的稳定。

0093回风眼台棚使用的锚索网这一主动支护方式较之传统的铁插梁台棚的被动支护方式能更有效的消除支护体与围岩之间的不耦合现象，限制围岩产生有害的变形损伤，同时最大限度地发挥围岩的自承能力，实现支护一体化、荷载均匀化，达到巷道顶板及两帮稳定的目的。

3、支护强度验算

① 、支护密度的确定：

Ａ：允许支护密度

根据公式 Ｓ0＝2.5f3/4 /[I(t+1)H1/2 ]1/3

＝(2.5×7.13/4) /[9×（1+1）×7901/2 ]1/3 m/根

其中：f－被支撑岩石的硬度系数f取7.1

t－顶板表面1m2内的明显裂隙数取1

I－巷道跨度

H－巷道段锚固地方的深度

若t＝2时，Ｓ2＝1.68 m/根

若t＝3时，Ｓ3＝1.53 m/根

Ｂ：实际支护密度

台棚设计宽度为9m，锚杆排距0.8m

Ｓ1＝3.4×0.8/6＝0.45m/根

实际支护密度0.45 m/根，小于允许支护密度1.53 m/根，且有一定的安全系数，故锚杆排距取0.8m，符合要求。

② 、锚杆间距的确定

根据公式Ｑ1＝Ｓ1ＬoＶo

＝0.45×2×3＝2.7吨

Ｑ2＝5吨Ｑ0＝Ｑ1+Ｑ2＝2.7+5=7.7吨

Ｄ＝[Q0/(1.3V0L0)]1/2＝[7.7/(1.3×3×2)]1/2＝0.99米

式中：Ｑo--－锚杆的工作载荷

Ｖo－岩石容重

Ｌo－锚杆锚固深度取2m

若Ｑ2＝３吨，则Ｄ＝0.85m。

该设计间距Ｄ＝0.8m，因此锚杆间排距为0.8m，并加以锚索支护。

4、施工方式及其示意图

台棚处两帮煤壁铺帮网，使用1.8m的钢架打3根2.2m的等强锚杆，2卷Z2335型树脂锚固剂，间排距0.8m。顶部铺网后使用3.4m的钢架打顶锚杆，顶锚杆使用2.2m的等强锚杆，3卷Z2335型树脂锚固剂，间排距0.8m。顶部每间隔3m打一φ15.24×7500mm高强度锚索，每根锚索使用6卷Z2335型树脂锚固剂。

5、顶板监测

锚杆支护是一项隐蔽工程，为了能直观的显示巷道支护及变化情况，必须对其进行工程监测。监测的主要内容有顶板离层及巷道表面移近量。顶板离层是指巷道服务期内顶板岩层中一点与其正上方一定深度岩层中某点的相对位移量，一般将离层划分为锚杆锚固范围内顶板离层和锚固范围外顶板离层。目前普遍使用双高度顶板离层指示仪对顶板锚固范围内及锚固范围外离层情况进行观测，以便及早发现顶板失稳的征兆，便于及时采取加固措施。

0093上风台棚离层仪观测统计表

通过对台棚处离层仪一个月的数据检测，顶板累计沉降量为2mm。顶板没有出现离层等情况，锚杆、锚索对顶板起到了很好的支护作用。

6、此支护方式的优越性

（1）依靠帮锚杆有效控制两帮侧压和移近量，保证巷道断面。

（2）减除背板的刚性支护，利用帮锚杆护帮起到让压支护的作用。

（3）依靠帮锚杆的抗剪能力切断或减弱由两帮向底板传递的高应力，有效的防止巷道底鼓。

（4）控制煤帮，防止松动圈继续扩大，保证煤帮的整体性和有效承载能力。

（5）与传统的铁插梁台棚相比较存在较大的经济效益。

经济效益对照表

7、结论

此支护方式适合在顶板较完整的斜交大抬棚情况下使用，锚索网的支护能有效的减少顶板的下沉量并且能减轻煤壁应力。通过锚杆的轴向作用力，将围岩中一定范围岩体的应力状态由单向（或双向）受压转变为三向受压，从而提高其环向抗压强度，使压缩带既可承受其自身重量，又可承受一定的外部载荷，使其有效地控制围岩变形。

参考文献：

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