浅谈锚栓锚索联合支护在复合层顶板的应用

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大同煤矿集团公司挖金湾煤业公司到现在已有50年开采历史,属于一个老矿,随着采掘工作面的不断延伸,开采深度的不断增加,顶板条件逐渐由坚硬顶板向复合层顶板变化,而且顶板破碎带较多,上覆采空区积水及层间距变小造成顶板淋水大,以往在坚硬顶板条件下采用的普通锚杆支护已不能满足现有顶板的实际情况,好多地方因支护效果差造成顶板离层下沉,最后不得不采用架棚维护顶板,浪费大量人力和材料,降低了掘进速度,而且给综采的正常生产带来很大困难,给安全生产带来很大的威胁。因此我矿组织技术人员学习先进的支护方式,并结合14#-3层416盘区破碎复合层顶板的实际情况,进行锚栓、预应力锚索的联合支护方式,必要时加挂菱形金属网,当破碎严重时采用螺纹纲全锚和预应力锚索的联合支护方式等先进的支护技术应用。通过几条巷道的支护采用了新技术,在顶板破碎处再也没有发生离层、下沉和漏顶现象。实践证明在顶板裂隙发育破碎的情况下,采用锚栓、预应力锚索的联合支护方式并加挂金属网或采用螺纹纲垒锚和预应力锚索的联合支护方式能够满足支护要求,大大提高了掘进速度,实现了安全生产,经济效果显著。

一、锚栓,预应力锚索的联合支护的原理

当煤层巷道掘进时,围岩应力重新分布,出现应力集中区,出现顶板离层下沉,并逐渐破裂,破裂带由浅部逐渐向深部发展,顶板岩层松动,直至冒落。锚杆的作用在于改善围岩受力状态,抑制裂隙的进一步扩展,阻止顶板无限下沉,加固松动的岩层,从而在顶板松动圈内形成一个具有承载能力的结构体。锚索除具有普通锚杆的挤压作用、组合作用和悬吊作用外,还对顶板进行深部锚固,产生强大的悬吊作用,并沿巷道走向形成对顶板的连续支撑点,产生较大预紧力以减缓顶板下沉。复合层顶板支护的难度在于上下层间的结合力低,有软夹层地质弱面存在,普通锚杆无法锚固在稳定的岩层中,承载能力有限,而且软夹层本身的松动膨胀也会对下位岩层形成较大的垂直载荷,加上受采动影响,易造成锚杆与锚固顶板整体垮落。锚栓、预应力锚索联合支护技术的应用克服了单纯锚杆或单纯锚索支护的弊端,通过锚索在上部稳定岩层与下部承载结构体之间建立牢固联系,使得在锚杆支护下形成的具有一定承载能力的结构体得到极大加强,同时锚索将容易离层的、塌落的岩层悬吊在稳定的老顶岩层上。锚杆与锚索的联合支护应用有效地改善了沿煤层巷遭的支护效果。

二、锚栓、预应力锚索的联合支护在实际中的应用

1、顶板基本情况

该矿14#-3层416盘区顶板属于典型的-复合层顶板,其中部分顶板属淋水大破碎带较多复合层顶板,煤层厚度一般在2.6米3.5米之间。中有1-3层夹石,一般为两层夹石,煤层倾角2°-4°,基本顶上部为灰白色细砂岩,下部为灰白色中砂岩,水平层理发育,一般厚度1.66m。直接顶上部灰色细砂岩,下部灰色粉砂岩,水平层理一般厚度1.6m,伪顶为灰黑色粉砂岩,性脆、易碎。

2、顶板支护方式

在掘进14#-3层416盘区轨道巷时巷道宽度为3.2 m,支护方式为锚栓3排,间排距均为0.8m;锚索2排,排距0.8m,间距为1.6m迈步式布置。顶板为复合层顶板,基本无伪顶,直接顶较完整,只采用锚拴锚索联合支护,锚拴长度为1.7 m,直径为18mm的螺旋头锚杆,锚固剂采用中速凝固树脂药卷一个,采用端头锚固的形式,锚索长度为4.6m,直径为15.24mm的低松弛钢绞线,锚固剂采用快速凝固和中速凝固树脂药卷各一个,采用端头锚固的形式,不用挂网及垒锚支护就能维护顶板。但在掘进14#-3层416盘区21624巷道时按此支护方式则发生漏顶事故,当时巷道宽度为4.1 m,支护方式为锚栓4排,间排距均为0.8m;锚索2排,排距1.6m,间距为1.6m迈步式布置,即每1.6m打一根锚索,顶板为复合层顶板,但顶板淋水较大,破碎带教多。后来再往里掘进时锚索间距改为1.6m并列式布置,即1.6m打两根锚索,对于破碎带较多、塌落严重及断层处采用顶板压网的方式维护,效果较好,再没有发生漏顶事故。在掘进14#-3层416盘区21622巷时顶板破碎带较多,属于典型的复合层破碎顶板,巷道宽度为4.1 m,支护方式为锚栓4排,闻排距均为0.8m;锚索2排,排距1.6m,间距为1.6m并列式布置,锚拴采用长度为2.0 m、直径为1.6mm的螺纹钢锚杆进行全锚支护,锚拴托板采用普通水泥托板,长度为0.6m,锚固剂采用快速凝固和中速凝固树脂药卷各一个,即与锚索用锚固剂相同。锚索长度仍为4.6 m,锚索托板采用11#矿用工字钢,长度为0.8m。

3、支护效果

在14#-3层416盘区采用了锚杆,锚素、金属网及全锚等联合支护技术,顶板得到了有效的维护,防止了顶板的下沉和破碎带的塌落,避免了复合层顶板的下沉现象,确保了作业人员和设备的安全,减轻了工人的劳动强度。

三、经济效益

1、锚索在整个支护过程中发挥着重要作用,使直接顶与老顶之间紧密的结合在一起,克服了锚杆较短不能与老顶锚固在一起,端锚不能固定破碎的复合层,有效地解决了复合顶板冒落的问题。

2、锚杆,金属网和锚索联合支护技术工序简单,施工方便,支护费用低,同时还可以与其他支护材料组合成各种支护形式。这种联合支护技术在回采巷道中应用,不需要进行二次支护,有效的提高了巷道断面利用效率。

3、锚杆、金属网和锚索联合支护技术在巷道支护中经济效益显著,降低了支护费用,降低了员工的劳动强度,提高了掘进速度,保证了安全生产,应用前景非常广阔。