板石煤矿大断面交岔点支护技术浅析与应用

板石煤矿大断面交岔点支护技术浅析与应用

【摘要】本文针对板石煤矿巷道支护现状，对锚网索联合支护技术与u型钢可缩支护技术进行支护原理、支护强度、支护优缺点和经济效益对比分析，并提出今后巷道围岩控制技术建议。

【关键词】交岔点 u型钢支护锚网索支护

随着煤矿开采强度和开采深度的增加，矿井的深部巷道因围岩变形、破坏严重不得不翻修，每年需要翻修多次，巷道变形剧烈、维护困难、支架折损严重、返修率高、维护费用成倍增加，安全状况恶化等，这些问题给煤矿的安全生产带来许多问题。

1 问题提出

板石煤矿从7月15日集中大面积来压以后，矿井的大部分巷道不同程度受到破坏，破坏较为严重的主要集中在-480m水平附近，特别副井-480m井底车场、风井-480m井底车场、-480m变电所、-480m 水泵房、-480m入风石门、-480m回风石门，这些巷道及硐室受到破坏程度尤为严重，主要表现在巷道支架扭曲变形严重、底鼓量大。从7月15日至现在，-480m入风车场及石门、-480m回风车场及石门拉底次数5-6次，平均每次拉底量在600mm左右。这些巷道的支护形式均为29u钢+钢筋网（横筋φ12×纵筋φ8）+喷砼（厚度240mm），而在此区域的几个较大的交岔点采用锚网索+喷砼支护（锚杆长2000mm、锚杆φ18mm、锚杆间排距800mm×800mm，锚索长8300mm、锚索φ15.24mm、锚索间排距1500mm×1500mm），受到破坏的程度较小。

2 锚网索+喷砼与29u钢+钢筋网+喷砼支护技术

锚杆支护主要改变围岩强度，而u型钢可缩支架主要改变围岩运动状态。由于种种原因，棚式支护不可能紧贴围岩，或不能全部紧贴围岩，往往形成所谓“等来劲”。

本文主要对锚杆联合支护技术和u型钢可缩支架的支护原理、支护强度和支护施工难易程度和经济技效益四方面进行分析。

2.1 锚网索与u型钢可缩支架支护原理比较

u型钢拱形可缩性支架是国内外使用最广泛的一种架型。它主要依靠连接件锁紧后，可缩性支架节间连接段的型钢受到压紧，产生预紧力。若要推动支架节间连接部分滑动，必须克服连接部分型钢与型钢之间、型钢与连接件之间的摩擦阻力。

锚杆支护促使围岩由载荷体转化为承载体。尽管锚杆在不同的地质条件下作用机理有所不同，但都是在巷道周边内加固围岩，形成围岩承载体，有利于围岩的稳定。

2.2 支护强度比较

u型钢可缩支架具有结构较简单、承载能力较大、可缩性能较好等优点。

锚杆杆体是锚杆的主体，杆体材质及表面结构直接影响锚固范围内对围岩的支护阻力。

2.3 支护技术优缺点比较

（1）拱形u型钢可缩性支架优缺点分析。拱形u型钢可缩性支架结构比较简单，承载能力大，可缩性较好，是可缩性支架中使用

最广泛的一种。

拱形u型钢可缩性支架的优点是：①支架受力均匀，特别是对非均匀载荷，不稳定围岩和动压巷道有良好的适应性。②由于支架铰接处弯矩较小，从而使支架承载能力提高了2～3倍。③支架的可缩性较好，支护效果好。④支架为拱形符合巷道最优断面要求。拱形u型钢可缩性支架的缺点是：①在煤层开采厚度较小的情况下掘进巷道时，不利于保持巷道顶板的完整性和稳定性，在工作面与巷道连接处比较难以安装；②在非机械化掘进的条件下，拱形巷道断面施工也比较困难。增加施工难度。③对于矿压比较大的矿井而言，u钢可缩型支架很容易造成弯曲变形。④拱形u型钢可缩性支架重量大，不宜搬运，无形中加大了工人劳动量。

（2）锚杆支护技术优缺点分析。锚杆支护技术已是目前最为普遍使用的支护技术。锚杆支护技术的优点如下：①从根本上改善巷道的支护状况，保证了安全生产。生产实践表明：使用锚杆支护发生冒顶事故率降低、巷道失修率逐年下降和断面利用率提高。②简化综采工作面上、下顺槽超前支护，加快了回采速度，提高了工作面单产，有利于安全高效矿井建设。锚杆支护可以有效减少回采超前压力对巷道的破坏，省掉替棚工序，超前支护也大大简化，从而提高综采工作面推进速度。③减轻了工人劳动强度，减少了支护物料的运输。采用锚杆支护后，不得要运输大量的支费型钢和其它辅助材料，改善了上、下顺槽工作环境，从根本上减轻了工人的劳动强度，解放了生产力，加快了循环进度。④大幅度节约支护材料，

降低支护成本，有利于节约自然资源，改善生态环境。

3 板石煤矿煤岩巷道围岩控制技术建议

本文结合板石煤矿u钢支护和锚网支护的分析比较，提出今后巷道支护技术建议。（1）u钢支护巷道和锚网索支护比较。在这次矿井大面积集中来压后，矿压波及到的地方，u钢支护巷道破坏程度较大，而这三个较大跨度的交岔点受到破坏的程度较小，这三个交岔点均为锚网索+喷砼联合支护。（2）预应力锚网索联合支护技术。软岩巷道支护机理研究的关键技术主要为强化控制技术，其主要表现在三个方面：①要有效增支护体系的工作阻力，特别是初始工作阻力，以阻止围岩塑性变形的发展；②要有效增强巷道围岩自身强度，提高围岩自身承载能力；③提高巷道围岩与支护体系的整体工作强度，以联合方式代替单一的被动支护形式，通过支护体与围岩间的主动和动态相互作用，来全面保持巷道围岩与支护体系的长期稳定，延长巷道的修复周期。（3）强化关键技术。锚索支护方式具有如下优点：①钻眼施工机具、锚固材料及搅拌方式沿用树脂锚杆相关技术，较传统的锚索大大简化了施工难度；②钢绞线具有柔性，因而长度可以适当加长，锚固深度大大提高，可以将6.0～9.0m以内的下部不稳定岩层锚固到上部稳定的岩层中，而目前的锚杆长度难以超过巷道高度；③专用设备施加预应力，预拉力大小随意可调，可以及时主动支护围岩，而锚杆预拉力受钻机扭矩限制，目前不超过20～30kn。

锚杆和锚索联合支护解决了大量巷道支护技术难题，已作为经验

在现场推广应用，并成为解决复杂条件的基本形式。但从使用效果看，尚存在一些问题：①由于外端头受力不良，与围岩点接触，软弱岩体受点载荷时，顶板强化效果不明显；②钢绞线延伸率仅有3.5%，抗变形性能差，和锚杆承载不同步，易超前锚杆集中受力；过高的预拉力必将进一步加剧锚杆和锚索的不同步承载现象，导致各个击破。