锚索U型钢直梁在人工假顶下交叉点支护中的应用

摘要：该文就薛村矿锚索U型钢直梁在人工假顶下交叉点支护中的应用进行了具体的研究，在考虑到交叉点的特性的同时，优化支护设计，采用锚索、塑料网、U型钢直梁联合支护进行全断面一次掘进成巷，杜绝了事故，确保了安全。

关键词： 煤巷交叉点；锚索；U型钢直梁；支护；人工假顶；

中图分类号： TU74文献标识码：A 文章编号：

1 前言

由于综采技术的推广，原来厚煤层分层开采留人工假顶的煤炭开采方式在薛村矿早已淘汰。随着液压支架的普遍应用，设备运输对井巷规格的不断加大，井巷的交叉点跨度也越来越大，而在假定下交叉点支护更是相当困难且是施工中事故的多发地点。我矿在此类交叉点施工与维护工作上曾出现过多次冒顶事故，这就给掘进工作带来了一定的困难，很显然已往采用W钢带、木板梁开口支护方式以不能适用现在的条件要求，不能满足现有的地质、矿压和运输的条件要求，因此人工假顶、低强度破碎顶板的交叉点的支护问题是一个新课题。为了解决这个难题我们在七改煤柱和十盘区煤柱轻放工作面交叉点采用锚索、U型钢直梁联合支护进行了应用与偿试，支护后进行观测，并达到较好的效果。

2 施工地点地质情况简介

2号煤（大煤）为可采煤层中最上部最厚一层，上距骆驼钵砂岩45米，下距4号煤32~28米，平均30米，厚度5米，平均厚度5.4米。煤层稳定，结构复杂，含夹矸2层，有上而下，第一层夹矸距顶板0.5米，厚度0.05米，粉砂岩，稳定普遍存在。第二层夹矸距底板1.4米，厚0.15~0.2米，含炭质砂岩，较稳定。

假顶厚度1.8m，留顶煤厚度为1米，煤直接顶板为厚度3米的深灰色粉砂岩夹极薄细砂岩松散易碎,有滑面、层理、节理较发育。间接顶板（老顶）为厚15米的深灰色凝灰质砂岩或灰白色石英长石砂岩。局部存在厚0.5米左右的伪顶。

底板为厚9.8米的深灰色粉砂岩，间接底板为厚3米的灰白色中粒砂岩。

3 参数的确定

3.1 巷道规格的确定

煤层厚度5m,留顶煤2.4m以上，使用锚杆支护，长度不够，起不到悬吊作用。Ｗ型钢带因其弹性差，易压弯，在压力大的地区不能有效地控制住顶板，导致巷道严重变形。另一方面，巷道施工中，若不及时将顶煤控制住，会造成顶煤大面积垮落，给回采留下不安全隐患。使用木板梁支护，支护强度达不到要求。因此我们决定采用锚索、U型钢直梁进行联合支护。

根据综采支架的长度及运输要求，确定巷道开口宽度为5.6m，高度为2.6m、断面面积为14.5。

为了保证施工质量和施工安全，确定巷道支护形式为：锚、网、带和锚索并辅以单体支柱作为临时支护。

3.2 顶部锚索支护参数的选择

锚索孔径为28mm，锚索直径15.24mm，树脂药卷K2330两卷，Z2345叁卷。

锚索参数设计的目的是在保证巷道稳定的前提下，降低支护成本和提高成巷速度，即实现技术上可行、经济上合理，这也是对锚索参数设计的根本要求。由于巷道地质条件的复杂性和多变性，因此必须根据实际情况，及时修改锚索支护设计参数。

锚索是由7根直径5mm钢丝组成的钢绞线，直径15.24mm，低松驰度，韧性好的预应力钢绞线，强度级别1860MPa，破坏负荷260.7KN，单股钢绞线公称直径15.24、强度为1860MPa，破断载荷不低于250kN。锚索长8000，锚深7000，外露不超过300。锚索间排距为800×1200（）。

3.3 两帮支护参数的选择

两帮采用锚杆直径20mm、长2200mm等强预拉力螺纹钢锚杆加150 mm ×150 mm ×60 mm的铁托盘配合塑料网支护，用2卷Z2835型树脂锚固剂卷加长锚固，间排距为500×700（mm）。锚杆预紧力20kN，锚固力不低于60kN。顶部两帮锚索与巷道顶板呈15°夹角布置。

U型钢梁为U36型直梁3.5m搭接1.8m，3付卡揽，配合2根单体液压支柱或木点柱打在梁端作为临时支护，间距0.8m。

3.3.1 锚索锚固剂用量和锚固力选择

根据我们井下试验，采用Φ20圆钢锚杆配合一个药卷，当拉拔力超过７.1吨时，锚杆断裂，而药卷正常。这说明每个药卷锚固力达到68.6KN以上。每根锚索的锚固力必须大于锚索的破坏负荷，故锚固力要求在250KN以上。

3.3.2 锚索支护强度验算

按悬吊理论计算：该交叉点有两层易垮落：3.0m顶煤、2.6m直接伪顶。则单位面积支护的载荷为：

p＝9.8×（3.0×1.5＋2.5×1.0）×103＝68.6KN

故掘进1m需支护的载荷为：

P1＝5.4P＝5.4×68.6＝370.44KN

锚索密度n＝4／1.2×0.7＝4.94

则每根锚索需悬吊载荷为：

P＝P1／n＝370.44／4.94＝82.3KN

因此，260.7／P=260.7／82.3＝3.2〉1，满足支护需要。

按组合梁原理：由于每根锚索预紧力已达到90KN，接近载荷，顶部煤层、岩层已形成一个组合拱，在木板梁的作用下，加厚了组合“梁”，使“梁”更趋于稳定。因而在煤帮和液压支柱的作用下，“梁”受压变为三轴受压，巷道更加稳定。

3.3.3 锚索长度计算

L≥顶煤厚＋易冒直接顶板厚＋坚固岩层中锚固长度＋预紧张拉所需长度+板梁厚度

≥3.0m＋2.4m＋2m＋0.3＋0.2

≥7.9m

故锚索长度确定为：8.0m。

4 施工方法

采用全断面一次掘进成巷使施工工艺，锚杆、锚索一次支护到位，顶板完整、稳定，提高了施工的安全性。在开口侧先采用竹锚杆加网封帮，在开口时再去掉原有的竹锚杆支护。

5 支护后的压观测

5.1 矿压观测

为了确保掘进和回采安装期间的安全以及对该新技术机理的研究，必须对以下内容进行矿压观测。每个交叉点设置一个测站，采用十字布点法布置观测点。观测表明，前7天顶底板移近速度较快，最大为1~3mm/d；24天后顶底板趋于稳定，顶底板移近量为50mm；两帮前10天移近速度较快，移近量为34.2mm，一个月后达到稳定，移近量为60mm。

5.2 顶板离层观测

采用LBY―3型顶板离层指示仪对顶板离层进行观测。离层仪安装两个，安装深度为8m和2.5m。监测结果表明，在此巷道段顶板离层量深部最大达到5mm、浅部最大达到15mm,未超出设计允许值（设计允许值为深部离层量达30mm、浅部离层量达50mm）。

5.3 锚索锚杆预紧力

锚索预紧利用千斤顶配手动油泵进行，预紧力不得小于90KN。锚杆预紧利用手动板机，帮金属锚杆预紧力不得小于30KN，竹锚杆必须用木楔子打紧。

6 使用情况

采用锚杆、网、锚索、U型钢直梁支护，加强了支护强度，改善了巷道围岩受力状况，控制了围岩变形和顶板下沉，变形量小，保持围岩的稳定，满足了回采期间的断面要求。支护施工简单，机械化程度高，提高了工作效率，为采掘接替赢得了宝贵时间。支护消除了后期修护工程量，尤其避免了修护所存在的重大安全隐患。采用这种还减轻了工人的劳动强度。锚杆（锚索）U型钢直梁与W钢带、木板梁相比，支护强度高、变形量小、减少木材消耗，可回收降低成本。总之，由锚索、网、U型钢直梁组成的支护技术具有施工工艺简单、配套机具小型化、支护及时、适应性强等特点，特别适用于松软煤层沿空巷道的支护。这种支护技术在松软煤层沿空巷道的成功实践为锚杆、锚索联合支护拓展了锚索的使用范围。

7结语

经过应用并获得成功，表明大采深巷道和沿空巷道的交叉点采用锚索、网、U型钢直梁联合支护是完全可行的。这是一种适用大跨度硐室、断层破碎带、大断面交岔点、巷道应力集中区以及受动压影响严重的巷道的有效支护和加固方式，为矿巷道特殊地段的支护和加固、维修提供了一条新的有效途径。