浅析煤矿大跨度交岔点巷道锚索托梁补强支护技术

摘 要：浅析煤矿大跨度或交岔点巷道采用纯工字钢棚支护的特点，介绍锚索托梁支护构件的特性，分析锚索托梁加强支护的具体应用和锚索托梁加强支护的技术关键。

关键词：煤矿巷道；大跨度；交岔点；工字钢棚，锚索托梁；支护

中图分类号： TU272.1 文献标识码： A 文章编号：

一、引言

对于煤矿大跨度巷道或交岔点的支护而言，当采用工字钢棚支护时，往往存在支护面积大、支护强度不足的诸多问题，因而还要采用锚索配合托梁对巷道工字钢棚梁进行悬吊补强，这样才能达到相应的支护效果。这种工字钢棚支护巷道的围岩松动范围大，加上支护跨度和支护强度均受到局限，所以整体的支护强度还不能达到较好的效果。而锚索具有锚固深度大、承载能力高、可施加一定的预紧力等特点，应用它以一定方式锚固在围岩深部稳定岩层，外露端由锚具配合托梁。这样对工字钢棚梁进行悬吊，形成复合支护结构，就能达到有效加固目的。

二、锚索托梁支护构件的特性

1、锚索

锚索是采用具有一定弯曲柔性的钢绞线制成的，配有锚具，可施加较大的预紧力，可对巷道围岩进行补强加固。它具有抗破坏力高、韧性好、低松弛的特点，既具有一定的刚度，又具有一定的柔性，可弯曲并实现自身搅拌树脂药卷快速安装，适合在空间尺寸较小的煤巷中使用。对于小孔径预应力锚索，一般采用1×7结构标准型钢绞线。而锚索结构主要由内锚固段、钢绞线自由段、外锚固段三大部分所组成。

2、锚具及托梁

锚索的锚具是为了保持钢绞线预紧力，并将其传递到被锚围岩上所用的永久性锁紧装置。一般小孔径预应力锚索的锚具为瓦片式，主要由锚环和锚塞组成。锚具有多种规格，选取时应根据钢绞线规格进行。托梁一般采用合适长度的槽钢或矿用工字钢，托梁上加工有长孔。锚索外露端穿过托梁上的长孔后，依次安装转用垫块和锚具。锚具锁紧钢绞线同时，将托梁紧固在锚索上，使托梁与锚索连成整体，以共同发挥加强支护作用与效果。

3、锚固剂

对于锚固剂而言，通常有水泥浆、树脂胶泥和普通树脂药卷等几种。现场为简化锚索安装工序、使锚索能及时承载，常采用普通树脂药卷加长锚固(里段采用超快或快速树脂药卷、外段采用中速树脂药卷)。当巷道围岩较破碎或者巷道服务年限比较长时，采用树脂注浆联合锚固较好。树脂端部锚固后，实施水泥注浆，进行全长锚固。

三、锚索托梁补强支护的具体应用

1、平面交岔点支护

对于多年掘成的巷道，由于以前多采用了工字钢棚支护方式。在采区内工作面圈定过程中，需要从采区运输大巷开口掘进，并有联络巷要与采区回风大巷相通，其对应交岔点也就采用了工字钢棚支护。为了保障交岔点具有足够的支护强度，不少后来维修就采用了锚索托梁对交岔点工字钢穿梁和抬棚进行加固。这样加固后的平面交岔点，强度满足了要求，其稳定性也非常好。

2、立体交岔点支护

有的矿采准巷道，由于采用全煤巷布置方式，巷道穿越立体交岔均在同一煤层，所以立体交岔点支护的有效性也非常重要。立交点上巷采用工字钢棚支护时，同样采用锚索托梁对工字钢棚梁进行悬吊加固技术，也有效保证了立体交岔点支护的安全稳定性。

3、大断面硐室支护

有的对大断面硐室采用锚网支护前，也是采用工字钢棚支护的。比如综采工作面运输巷带式输送机机头硐室。它是根据带式输送机设备安装需要，机头硐室采用5.0m×3.6m(梁×腿)规格的工字钢棚支护，梯形断面面积达22m2。工字钢支架需配套安装辅助梁，并且采用棚距400mm的密棚支护。这样的现场施工组织，劳动强度大、进度慢，支护效果还难以保证。采用锚索托梁加强支护后，在巷道中线两侧各1m处纵向布置锚索托梁，对硐室工字钢棚梁加强支护，就可取消了工字钢支架原用的辅助梁，同时棚距也可放大到800mm，最终取得了比较满意的支护效果。

四、锚索托梁补强支护的技术关键

1、增加有效锚固性

主要掌握以下三点：

①由于工字钢棚支护巷道围岩松动范围大，在采用锚索托梁对工字钢支架进行加固时，先要合理确定锚索长度，以确保内锚端能锚固在围岩深部稳定岩层。其次是锚索安装要保证质量。顶板破碎、表面离层时，锚索孔打好后，安装锚索前应对钻孔重新进行检查，对塌孔、掉块应进行清理或处理。再者，为避免树脂药卷安装中出现卡阻等现象，可使用安装套管进行导入安装。

②由于巷道围岩较破碎或巷道服务年限比较长，为保证锚索有效锚固，通常采用树脂注浆联合锚固。树脂端部锚固后，实施水泥注浆，并进行全长锚固。注浆是用注浆泵把液体的水泥及注浆体在一定的压力下注入孔中的施工过程。锚索注浆是为了形成全长锚固并为锚索提供防腐蚀保护层，另外，一定压力的注浆可以使注浆体渗入地层的裂隙和缝隙中，从而起到固结地层、提高地层承载力的作用。注浆材料采用硅酸盐水泥浆液。用水和不低于425#水泥加入一定量的稳定剂即可形成水泥浆液。水灰比要选择适当，以保证浆液有足够的流动性，且在凝固后具有良好强度特性，收缩率低和较强的耐久性。根据一些试验表明，锚索用水泥浆的最适宜的水灰比为0.40～0.45，但在吸水性很强的地层中或要求充填地层裂隙的注浆体的水灰比可以较大。

③锚索采用树脂注浆联合锚固，注浆完成后应立即进行张拉。若张拉不及时，将导致锚索与水泥注浆体之间、注浆体与孔壁之间结合面出现错动或裂隙，就减弱了注浆体的锚固效果。因此应处理及时。

适度的张拉预紧

当采用锚索托梁对工字钢支架进行加固时，锚索的张拉预紧一定要掌握适度，本着既要保证托梁与工字钢梁紧密接触并承载，又要防止张拉预紧过度造成工字钢支架梁和腿的分开。在现场施工中还必须要求工字钢梁与巷道顶部围岩之间尽量绞实，否则锚索托梁的预加固作用就难以发挥。根据大量的试验表明，工字钢梁顶部绞实情况下，锚索的张拉预紧力在30kN左右比较合适。

构件强度的合理匹配

①托梁的承载能力必须与索体强度相匹配。托梁的使用，要适合一定长度的矿用工字钢。锚索与托梁的结合过程中，现场还经常用到U型托梁卡。在U型托梁卡中，有20mm厚钢板压制加工而成，呈水平状态的两个耳子上预先打设有穿锚索孔，托梁放在U型卡内，双锚索穿过卡的两耳在用锚具锁紧。实践应用，U型托梁卡强度和结构，都存在一定的缺陷。当压力较大时，托梁卡的耳子将发生变形、由水平状态逐渐被拉直，锚索钢绞线外露段与卡具耳子接触处将受到横向剪切力作用，出现钢绞线断股现象，最终导致锚索托梁加固失效。因此取消托梁卡，采用在托梁上直接加工穿锚索长孔，锚索外露端穿过托梁上的长孔后，依次安装专用垫块和锚具。

②托梁的承载能力，还与托梁的支护跨度有一定关系。托梁上的锚索间距不能太大，一般不超过2m，否则托梁弯曲变形将会造成与所加固的工字钢梁接触不均匀，同样也会影响加强支护的效果。因此，在这方面也必须注意。

五、结语

在煤矿大跨度或交岔点巷道支护时，锚索托梁作为一种新型的补强支护手段，现场支护工程中得到了广泛的应用。通过锚索托梁加强支护与工字钢棚结合的使用，其中重点对锚索有效锚固、锚索适度张拉预紧、托梁构件强度合理匹配等技术控制，可以取得比较满意的支护效果。这样采用锚索托梁进行支护的补强，既可拓展了工字钢棚支护的应用范围，又可以使工字钢支护断面适当增大，其支护棚距适当增加，有利于施工进度的提高，相应还可节省一定量的支护原材料使用量。

参考文献：

[1]苏学贵等.锚索预应力损失影响因素分析[J].西安矿业学院学报,1999(19)增刊.