锚杆索梁联合支护技术在薄煤层复合顶板回采巷道的应用
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摘要：浅析泥岩顶板巷道的支护机理、采取的相应支护措施、巷道支护参数的确定，以及总体支护效果等。
一、引言
朔里矿业主采煤层，随着开采深度的增加和远距离的延伸，其巷道矿压显现加剧，支护比较困难，尤其是沿空掘巷后，实体煤层巷道维护困难，以及一些过去采动的影响尤为明显。不少煤层顶板为泥岩、砂质泥岩，层理裂隙较发育，而且局部存在1.0m左右的伪顶，使得顶板自稳能力和承载能力较差。采用架棚支护时，该层砂质泥岩顶板极易破碎而成为载荷体，支架压力大，变形严重，巷道需要多次翻修，维护困难。而采用桁架、锚杆及锚索梁联合支护后，显著的改善了巷道维护状况，取得了较好的技术经济效果。
二、巷道基本地质情况
在局部试验地点巷道，其工作面的两侧为采空区，顶板砂质泥岩厚度3.0～4.0m，局部存在1m左右、不稳定的泥岩伪顶；煤层厚度3.2m，倾角2～4o。巷道断面宽3.2m，帮部高度2.6～3.5m。
三、巷道支护机理
支护巷道，由于岩层的抗拉强度一般小于抗压强度的1/10，通过桁架拉杆（钢筋梯及11#矿用工字钢）对顶板的挤压产生压应力，减小顶板因自重及外部载荷作用而产生的拉应力，甚至将拉应力转变为对顶板的压应力，从而使围岩在三维空间受力，有效提高了顶板的承载能力和稳定性，改善了巷道支护状况，取得较较好的支护效果。
四、采取的支护措施
1.顶板采用桁架与锚索梁联合支护
由于试验巷道顶板为强度低、厚度薄的砂质泥岩，顶板跨度大于4.2m，易发生弯曲下沉变形，在顶板中部形成拉应力，砂质泥岩的抗拉强度较低而易于断裂。采用桁架支护原理，见如图1所示。
2.顶板加强支护，控制围岩变形
当采用型钢支护时，其薄层砂质泥岩顶板易于冒落，难以形成整体共同承载，这时巷道的维护也相当困难。顶板成为载荷体传递到两帮，从而使两帮煤体塑性区、破碎区范围（松动圈）扩大，片帮加重。采用树脂锚固高强度锚杆在锚固范围内产生1mm延伸量，即能提供10kN以上的锚固力，可有效防止顶板的离层碎胀变形，而且高强度锚杆抗剪力大，也能有效阻止顶板沿弱面错动。所以，我们采用树脂加长锚固高强度锚杆支护，将薄层泥岩顶板组成整体，由载荷体转变为承载体。这种承载体的强度、刚度都大，顶板下沉量就会减小，并将上覆岩层载荷传递到两帮煤体深部，以降低两帮浅部煤体的载荷，减小两帮移近量及维护难度。如此的支护方式，可以显著的改善巷道维护状况，取得很好的支护效果。
3.高强度锚杆用于巷道两帮支护
对支护巷道的两帮，均采用树脂药卷加长锚固、钢筋锚杆来支护，并使用双螺母，以提高锚杆支护系统的强度。与此同时，铺设钢板网、钢筋梯子梁。在两帮煤体强度较低，锚固长度过短时，也会出现由于锚固力偏低而不能充分发挥高强度锚杆的作用，这时必须加长锚固的长度，并加强两帮支护，减小两帮破碎区和塑性区宽度，从而达到减小顶板跨度并提高两帮对顶板的承载能力的目的。
五、巷道支护参数的确定
当采用计算机数值模拟进行锚杆支护参数设计时，按照巷道变形控制效果好、安全可靠、易于施工、支护费用低的原则，来确定巷道支护的主要技术参数（见图2所示）。
按上述设计支护的原则，经计算，巷道支护选取的参数主要为：①顶板锚杆为Φ20mm、长2.2m的高强度螺纹钢锚杆，树脂药卷加长锚固，每根锚杆用1支双速2360和Z2360树脂药卷，锚固长度1.4m；锚杆排距800mm，锚杆间距700mm。同时，巷道每隔3000mm打1组锚索梁（11#矿用工字钢，长1500mm）。②两帮锚杆为Φ16mm、长2.5 m的钢筋锚杆，树脂药卷加长锚固，每根锚杆用CK2335、Z2360各1支，超快在孔底，锚固长度为1.1m；锚杆的间排距均为800mm。在顶板铺设钢板网和拉杆，两帮均铺设钢板网和钢筋梯子梁。其钢筋梯子梁采用Φ16mm的A3圆钢焊接。如此选取的支护参数支护，经矿压观测，巷道围岩变形量、变形速度能够快速的得到稳定。
六、总体支护效果
按照上述支护参数选取及采取的相应支护措施，在巷道掘进的施工过程中，通过对围岩表面位移、顶板离层状况、锚杆载荷及锚固力的观测，发现其巷道围岩变形量、变形速度，都随掘进时间延长而发生变化，其关系见如图3所示。巷道矿压显现总体呈现如下具有特征：①顶板锚杆最大载荷接近100kN，两帮锚杆最大载荷小于70kN；②掘巷稳定后两帮相对移近量小于250 mm，顶底板相对移近量小于160 mm。所以，采用树脂药卷加长锚固高强度锚杆、桁架、锚索梁联合支护，能有效阻止了薄层复合顶板的弯曲下沉，并控制了巷道围岩的变形。掘进影响期较短（一般小于5d），巷道围岩变形就能够快速的趋于稳定了，体现了较好的技术经济效果。
七、结束语
针对这种巷道的地质结构，支护采用桁架及锚索梁联合支护的方法，有效减小了顶板拉应力或将拉应力转变为压应力从而，提高了薄层顶板的稳定性；采用树脂药卷加长锚固高强度锚杆支护提高围岩承载力，能有效阻止了薄层顶板离层、破碎，显著的改善了薄层顶板巷道维护状况。因此，桁架、锚杆及锚索梁联合支护，为同类巷道支护也提供了一条新的技术途径，并可以借鉴与推广。
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