复杂地质条件下锚杆锚索桁架对巷道围岩的控制技术
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作者: 秦春
摘要：介绍了复杂地质条件下顶板巷道钢带、锚杆、预应力锚索支护的布置方式支护参数及构件的选择和施工工艺。
关键词：树脂锚固 钢带锚杆 预应力锚索
随着我矿生产布局调整的需要，我开拓区施工的巷道大部分都存在着距离远，地质条件复杂、多样性强，为满足今后的109采区、86采区等开拓任务的需要。对现有开拓2队、掘进二区8队施工的-500皮带大巷围岩支护性能总结出特殊条件下（地质构造、围岩破碎、淋水、条件复杂等）针对开拓巷道的锚杆、锚索、桁架对巷道围岩的控制技术，即采取了钢带锚杆锚索桁架联合支护的基本结构对巷道顶板围岩进行控制，充分发挥了顶板的自承能力，支护效果良好，已取代了大量的架棚支护，其施工工艺简单、省工省力、便于掘进施工，降低支护成本，巷道断面利用率高，减少巷道挖掘量。
1 地质概况
以我矿-500东翼皮带大巷为例，该巷道施工过程中西部揭露周小庄向斜，并穿越向斜两翼，设计“K”点向前270米左右为向斜轴部，向斜轴西部巷道穿顶，预计巷道穿越1煤组和2煤组，岩性以砂泥岩互层为主。向斜轴东部穿底，先后穿越1煤组、2煤组、3煤(1.0～2.0m)、4煤组、51煤(1.0～2.0)、52煤(0.7～1.5m)、7煤（1.2～5.0m）、81煤、82煤(1.0～2.3m)、83煤；7煤、82煤为突出煤层。
2 巷道支护设计
掘进二区8队在进入里段施工时，频繁穿煤，地质条件复杂，围岩交差，在支护方案设计上一开始仍是沿用单纯的刚性架棚施工，支护效果和施工质量、当月进度均不能达到要求。后根据109大巷围岩治理支护设计的经验，改变支护为钢带、锚杆、锚索桁架联合支护，取得了良好的支护效果，并为以后复杂地质条件下大断面岩巷围岩支护积累了宝贵经验。
2.1 钢带锚杆支护参数的确定
锚杆长度L按下式计算
L=L1+L2=L3
式中：L1――锚杆外露长度一般取L1=0.04m。
L2――锚杆有效长度，m。
L3――锚杆锚固长度根据上二卷药2460、Z2950型树脂药要求，一般取L3=0.7~0.9m。
显然锚杆外露长度L1与锚固长度L3是容易确定的关键是方向确定锚杆有效长度L2，我们采用普氏自然平衡拱理论确定L2的大小
即当f≥3时 L2=B/2f。
式中：B――巷道跨度，B=4.0m。
f――普氏岩石坚固系数，取8-10。
则L2=1―1.25m。
得L=1.94―2.19m因此锚杆长度选2.4m。
锚杆直径d：根据公式d≥1.785√Q/δt。
式中：d――锚杆杆体直径mm。
Q――锚固力＞80KN。
δt――螺纹钢抗拉强度，查表δt=0.9KN/cm2。
得d=22mm选取锚杆直径d=22mm。
锚杆排间距D：根据公式D=(Q/KRr)2/1。
式中：D――锚杆间距。
K――锚杆安全系数，一般取1.5~1.8。
r――岩石容重，取23.52KN/m3。
得D=0.83m。
根据我矿实际情况，确定排距为0.8m，间距0.8m配M4型四眼钢带，钢带规格为长×宽×厚=3700×150×5mm
2.2 锚索支护参数的确定
锚索数目确定：
根据公式N=K-W/P断。
式中：N――锚索数目。
K――安全系数。
P断――锚索的最低破碎率，KN。
W――被悬吊岩石的自重，KN。
W=B・εh・εr・D。
B――巷道掘进宽度，m。
εh――悬吊的岩层厚度，m。
εr――悬吊的岩层的平均容重。
D――锚索排距，m。
3 锚索构件材料制作和施工工艺
3.1 锚索构件材料制作
钢绞线采用φ16.7mm，最低破断率为260.7KN，在锚索的锚固段用铁丝焊一些铁刺得用它对树脂锚固剂均匀搅拌，在锚固端1.5m处焊一挡圈，防止树脂下流，充分发挥树脂锚固剂的锚固效果。
3.2 施工工艺
锚索井下施工可以分为：钻锚索孔――锚索安装――预应力张拉2道工序。
3.2.1 我们对打锚索孔采用MQT-130锚杆机配1.0m长φ19mm六方钻杆进行钻孔，钎杆与钎杆之间采用联接套联接，现钻眼效果很好。
3.2.2 锚索安装:锚索安装时先把5卷树脂药放入孔内，用钢绞线推入孔底，然后采用MQT-130锚杆机配底座进行搅拌，搅拌时间40s。
3.2.3 预应力张拉：树脂药搅拌40分钟后，进行上锚索托板，装锁具，然后采用SDB手动油泵配张拉千斤顶进行预应力张拉，张拉力控制在20-25Mpa，达到要求后退千斤顶，锚索锁定后外露留有150mm钢绞线。
4 支护效果和经济分析
以往在复杂地质条件下局部漏顶事故常有发生，造成不安全隐患和经济损失，架棚支护增加了人工和材料费用，巷道断面使用率低，而采用锚杆、锚索桁架支护后，比U型钢棚每米节约支护费用500元，每月可节约人工费用2万元，且支护效果很好，充分发挥顶板自承能力的基础上增加巷帮对巷道顶板的支承力。
5 结论
采用预应力锚杆锚索桁架支护技术解决了巷道围岩软弱层理发育，整体稳定性差的复合层顶板和近距离煤层构成的复杂地质条件下的支护问题，其施工简便，断面利用率高，工期短费用低，同时能保证施工人员安全，很有推广价值。
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