徐學(xué)富

【摘 要】 為了解決紅會(huì)四礦多煤層開采支承壓力影響下的巷道支護(hù)問題，捷馬和紅會(huì)四礦應(yīng)用整體耦合高位讓均壓的理念，對(duì)紅會(huì)四礦4701回風(fēng)順槽的支護(hù)進(jìn)行了改革實(shí)踐。本文介紹了耦合高位讓均壓的設(shè)計(jì)理念和方法。

【關(guān)鍵詞】 四維耦合高位讓均壓工況點(diǎn) ?安裝載荷 ?耦合和讓均壓裝置 ?耦合讓均壓工況點(diǎn)圖

1 引言

由于受一煤層開采應(yīng)力集中的影響，二煤層巷道支護(hù)一直是紅會(huì)四礦安全生產(chǎn)的一個(gè)難題。兩年來，捷馬公司和紅會(huì)礦共同開始巷道支護(hù)改革，采用了捷馬公司的耦合高位讓均壓支護(hù)技術(shù)，成功的解決了受一煤開采高支承壓力動(dòng)壓影響下的二煤4701回風(fēng)順槽的支護(hù)問題。

2 整體耦合高位讓均壓的理念

巷道錨桿（索）支護(hù)是按一定設(shè)計(jì)的間排距由數(shù)根錨桿（索）組成。由于沿巷道周邊變形大小不一，錨桿和錨索物理力學(xué)性質(zhì)和幾何尺寸不同，造成不同位置的錨桿（索）變形和載荷不同，為了達(dá)到充分發(fā)揮每根個(gè)體錨桿（索）的作用， 防止錨桿（索）早期破斷，達(dá)到共同支護(hù)圍巖的作用，個(gè)體支護(hù)體間也必須達(dá)到變形和受力耦合（均壓）。整體耦合定義為：個(gè)體支護(hù)體和圍巖間的耦合（讓壓）和支護(hù)體和支護(hù)體之間的耦合（均壓）。所以整體耦合包括以下幾方面的內(nèi)容：（1）錨桿系統(tǒng)和圍巖耦合：錨桿支護(hù)系統(tǒng)的支護(hù)強(qiáng)度和變形性能必須和圍巖耦合以達(dá)到圍巖的穩(wěn)定平衡。（2）錨索系統(tǒng)和圍巖耦合：同樣，錨索系統(tǒng)作為支護(hù)的一部分其變形性能必須和圍巖耦合以達(dá)到圍巖的穩(wěn)定平衡。（3）錨桿間的耦合：由于頂板和兩幫在不同位置的錨桿所經(jīng)受的位移和應(yīng)力過程不同，所以受力差別很大，這有可能造成受力大的錨桿首先破斷而把力傳替到臨近的錨桿造成錨桿順序分別破斷。（4）錨桿和錨索的耦合：錨桿和錨索間的變形耦合也非常重要。從支護(hù)體本身來講，錨桿和錨索存在著物理力學(xué)性質(zhì)和幾何尺寸的差別，這種差別如果在設(shè)計(jì)和使用過程中不當(dāng)，會(huì)引起錨桿或錨索由于變形協(xié)調(diào)不好造成受力不均甚至破斷。

3 耦合工況點(diǎn)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)和彈塑性力學(xué)解

根據(jù)彈塑性力學(xué)理論和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，巷道開挖后在巷道圍巖將變形破壞，在巷道圍巖將產(chǎn)生松散區(qū)，塑性變形區(qū)和彈性區(qū)。定性的分析這些區(qū)域的大小影響因素有利于建立合理的支護(hù)理念。定量的近似計(jì)算是確定錨桿（索）長(zhǎng)度的基礎(chǔ)。圖1為圍巖破壞變形后的分區(qū)示意圖。

（1）支護(hù)范圍（錨桿長(zhǎng)度）：在圍巖的切向應(yīng)力小于圍巖原巖應(yīng)力范圍內(nèi)，圍巖發(fā)生松散破壞。此區(qū)域成為松散區(qū)。松散區(qū)邊界上的切向應(yīng)力和原巖應(yīng)力相等，松散區(qū)內(nèi)部的應(yīng)力小于原巖應(yīng)力。錨桿的有效長(zhǎng)度必須大于松散區(qū)半徑。松散區(qū)半徑的大小和支護(hù)方式和支護(hù)強(qiáng)度密切相關(guān)，因此必須確定松散區(qū)半徑和支護(hù)強(qiáng)度的關(guān)系。（2）支護(hù)強(qiáng)度和錨桿的變形要求：根據(jù)彈塑性力學(xué)理論，巷道開挖后在巷道圍巖將產(chǎn)生松散區(qū)，塑性變形區(qū)和彈性區(qū)。支護(hù)系統(tǒng)將經(jīng)受圍巖的變形過程并在這過成中承載。 支護(hù)體的受力大小和允許圍巖變形關(guān)系密切。 過小的允許變形支護(hù)系統(tǒng)受力過大，而過大的允許變形又很難保證巷道圍巖的穩(wěn)定性。所以在巷道支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該在保證圍巖穩(wěn)定條件下，在合理支護(hù)強(qiáng)度下允許圍巖有一定變形。（3）安裝載荷：安裝載荷是主動(dòng)支護(hù)的源泉。適當(dāng)?shù)陌惭b載荷一方面可以改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)并在圍巖中形成主動(dòng)加固梁提高圍巖的自承能力。同時(shí)，安裝載荷可以改善錨桿支護(hù)系統(tǒng)的工作性能。合理安裝載荷的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)是圍巖支護(hù)的重要因素之一。

4 支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和支護(hù)效果

4.1 支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)的四維耦合高位讓均壓工況點(diǎn)，采用整體耦合高位讓均壓支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。采用Φ20×2400mm高強(qiáng)耦合高位讓均壓錨桿，最大抗拉強(qiáng)度大于23噸。錨桿安裝載荷不小于4噸。讓壓點(diǎn)為15噸。最大讓均壓距離35mm，間排距為800x1000，采用k2335×2樹脂錨固劑;輔助支護(hù)采用18.9X5000mm整體耦合讓均壓鳥窩錨索，錨索讓壓點(diǎn)載荷為25噸，讓均壓距離為40mm。巷道支護(hù)總體設(shè)計(jì)如圖2所示。

4.2 支護(hù)效果結(jié)論

4701回風(fēng)順槽掘進(jìn)后，已經(jīng)經(jīng)受了一煤層4602工作面長(zhǎng)壁回采底板支承壓力的影響?？傮w來講，巷道支護(hù)效果良好。礦壓觀測(cè)結(jié)果表明：頂?shù)装逡平科骄?0mm;兩幫移近平均200mm.錨桿最終載荷達(dá)到20噸左右，90%的耦合讓均壓裝置都在規(guī)定的噸位啟動(dòng)變形，充分起到了耦合高位讓均壓的作用; 錨索平均載荷達(dá)到了31噸，90%的耦合讓均壓裝置都在規(guī)定的噸位啟動(dòng)變形，充分起到了耦合高位讓均壓的作用，解決了錨索延伸率和錨桿不匹配的問題。在整個(gè)過程中，沒有錨桿（鎖）的破斷發(fā)生，巷道沒經(jīng)過任何翻修。整體耦合高位讓均壓作為一種新的支護(hù)理念在紅會(huì)四礦已經(jīng)得到了成功的應(yīng)用。解決了多煤層開采層間支承壓力影響下的支護(hù)問題。同時(shí)這種設(shè)計(jì)理念也適合在軟巖，大采深，高應(yīng)力等復(fù)雜地質(zhì)條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]王亞杰.深井高地壓、大變形圍巖巷道支護(hù)技術(shù)及錨桿設(shè)計(jì).礦支護(hù)，2008，（1）：8-18.

[2]王亞杰.孤島工作面順槽防沖耦合讓壓支護(hù)技術(shù)研究.錨桿支護(hù)，2012年第四期.endprint

【摘 要】 為了解決紅會(huì)四礦多煤層開采支承壓力影響下的巷道支護(hù)問題，捷馬和紅會(huì)四礦應(yīng)用整體耦合高位讓均壓的理念，對(duì)紅會(huì)四礦4701回風(fēng)順槽的支護(hù)進(jìn)行了改革實(shí)踐。本文介紹了耦合高位讓均壓的設(shè)計(jì)理念和方法。

【關(guān)鍵詞】 四維耦合高位讓均壓工況點(diǎn) ?安裝載荷 ?耦合和讓均壓裝置 ?耦合讓均壓工況點(diǎn)圖

1 引言

由于受一煤層開采應(yīng)力集中的影響，二煤層巷道支護(hù)一直是紅會(huì)四礦安全生產(chǎn)的一個(gè)難題。兩年來，捷馬公司和紅會(huì)礦共同開始巷道支護(hù)改革，采用了捷馬公司的耦合高位讓均壓支護(hù)技術(shù)，成功的解決了受一煤開采高支承壓力動(dòng)壓影響下的二煤4701回風(fēng)順槽的支護(hù)問題。

2 整體耦合高位讓均壓的理念

巷道錨桿（索）支護(hù)是按一定設(shè)計(jì)的間排距由數(shù)根錨桿（索）組成。由于沿巷道周邊變形大小不一，錨桿和錨索物理力學(xué)性質(zhì)和幾何尺寸不同，造成不同位置的錨桿（索）變形和載荷不同，為了達(dá)到充分發(fā)揮每根個(gè)體錨桿（索）的作用， 防止錨桿（索）早期破斷，達(dá)到共同支護(hù)圍巖的作用，個(gè)體支護(hù)體間也必須達(dá)到變形和受力耦合（均壓）。整體耦合定義為：個(gè)體支護(hù)體和圍巖間的耦合（讓壓）和支護(hù)體和支護(hù)體之間的耦合（均壓）。所以整體耦合包括以下幾方面的內(nèi)容：（1）錨桿系統(tǒng)和圍巖耦合：錨桿支護(hù)系統(tǒng)的支護(hù)強(qiáng)度和變形性能必須和圍巖耦合以達(dá)到圍巖的穩(wěn)定平衡。（2）錨索系統(tǒng)和圍巖耦合：同樣，錨索系統(tǒng)作為支護(hù)的一部分其變形性能必須和圍巖耦合以達(dá)到圍巖的穩(wěn)定平衡。（3）錨桿間的耦合：由于頂板和兩幫在不同位置的錨桿所經(jīng)受的位移和應(yīng)力過程不同，所以受力差別很大，這有可能造成受力大的錨桿首先破斷而把力傳替到臨近的錨桿造成錨桿順序分別破斷。（4）錨桿和錨索的耦合：錨桿和錨索間的變形耦合也非常重要。從支護(hù)體本身來講，錨桿和錨索存在著物理力學(xué)性質(zhì)和幾何尺寸的差別，這種差別如果在設(shè)計(jì)和使用過程中不當(dāng)，會(huì)引起錨桿或錨索由于變形協(xié)調(diào)不好造成受力不均甚至破斷。

3 耦合工況點(diǎn)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)和彈塑性力學(xué)解

根據(jù)彈塑性力學(xué)理論和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，巷道開挖后在巷道圍巖將變形破壞，在巷道圍巖將產(chǎn)生松散區(qū)，塑性變形區(qū)和彈性區(qū)。定性的分析這些區(qū)域的大小影響因素有利于建立合理的支護(hù)理念。定量的近似計(jì)算是確定錨桿（索）長(zhǎng)度的基礎(chǔ)。圖1為圍巖破壞變形后的分區(qū)示意圖。

（1）支護(hù)范圍（錨桿長(zhǎng)度）：在圍巖的切向應(yīng)力小于圍巖原巖應(yīng)力范圍內(nèi)，圍巖發(fā)生松散破壞。此區(qū)域成為松散區(qū)。松散區(qū)邊界上的切向應(yīng)力和原巖應(yīng)力相等，松散區(qū)內(nèi)部的應(yīng)力小于原巖應(yīng)力。錨桿的有效長(zhǎng)度必須大于松散區(qū)半徑。松散區(qū)半徑的大小和支護(hù)方式和支護(hù)強(qiáng)度密切相關(guān)，因此必須確定松散區(qū)半徑和支護(hù)強(qiáng)度的關(guān)系。（2）支護(hù)強(qiáng)度和錨桿的變形要求：根據(jù)彈塑性力學(xué)理論，巷道開挖后在巷道圍巖將產(chǎn)生松散區(qū)，塑性變形區(qū)和彈性區(qū)。支護(hù)系統(tǒng)將經(jīng)受圍巖的變形過程并在這過成中承載。 支護(hù)體的受力大小和允許圍巖變形關(guān)系密切。 過小的允許變形支護(hù)系統(tǒng)受力過大，而過大的允許變形又很難保證巷道圍巖的穩(wěn)定性。所以在巷道支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該在保證圍巖穩(wěn)定條件下，在合理支護(hù)強(qiáng)度下允許圍巖有一定變形。（3）安裝載荷：安裝載荷是主動(dòng)支護(hù)的源泉。適當(dāng)?shù)陌惭b載荷一方面可以改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)并在圍巖中形成主動(dòng)加固梁提高圍巖的自承能力。同時(shí)，安裝載荷可以改善錨桿支護(hù)系統(tǒng)的工作性能。合理安裝載荷的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)是圍巖支護(hù)的重要因素之一。

4 支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和支護(hù)效果

4.1 支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)的四維耦合高位讓均壓工況點(diǎn)，采用整體耦合高位讓均壓支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。采用Φ20×2400mm高強(qiáng)耦合高位讓均壓錨桿，最大抗拉強(qiáng)度大于23噸。錨桿安裝載荷不小于4噸。讓壓點(diǎn)為15噸。最大讓均壓距離35mm，間排距為800x1000，采用k2335×2樹脂錨固劑;輔助支護(hù)采用18.9X5000mm整體耦合讓均壓鳥窩錨索，錨索讓壓點(diǎn)載荷為25噸，讓均壓距離為40mm。巷道支護(hù)總體設(shè)計(jì)如圖2所示。

4.2 支護(hù)效果結(jié)論

4701回風(fēng)順槽掘進(jìn)后，已經(jīng)經(jīng)受了一煤層4602工作面長(zhǎng)壁回采底板支承壓力的影響?？傮w來講，巷道支護(hù)效果良好。礦壓觀測(cè)結(jié)果表明：頂?shù)装逡平科骄?0mm;兩幫移近平均200mm.錨桿最終載荷達(dá)到20噸左右，90%的耦合讓均壓裝置都在規(guī)定的噸位啟動(dòng)變形，充分起到了耦合高位讓均壓的作用; 錨索平均載荷達(dá)到了31噸，90%的耦合讓均壓裝置都在規(guī)定的噸位啟動(dòng)變形，充分起到了耦合高位讓均壓的作用，解決了錨索延伸率和錨桿不匹配的問題。在整個(gè)過程中，沒有錨桿（鎖）的破斷發(fā)生，巷道沒經(jīng)過任何翻修。整體耦合高位讓均壓作為一種新的支護(hù)理念在紅會(huì)四礦已經(jīng)得到了成功的應(yīng)用。解決了多煤層開采層間支承壓力影響下的支護(hù)問題。同時(shí)這種設(shè)計(jì)理念也適合在軟巖，大采深，高應(yīng)力等復(fù)雜地質(zhì)條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]王亞杰.深井高地壓、大變形圍巖巷道支護(hù)技術(shù)及錨桿設(shè)計(jì).礦支護(hù)，2008，（1）：8-18.

[2]王亞杰.孤島工作面順槽防沖耦合讓壓支護(hù)技術(shù)研究.錨桿支護(hù)，2012年第四期.endprint

【摘 要】 為了解決紅會(huì)四礦多煤層開采支承壓力影響下的巷道支護(hù)問題，捷馬和紅會(huì)四礦應(yīng)用整體耦合高位讓均壓的理念，對(duì)紅會(huì)四礦4701回風(fēng)順槽的支護(hù)進(jìn)行了改革實(shí)踐。本文介紹了耦合高位讓均壓的設(shè)計(jì)理念和方法。

【關(guān)鍵詞】 四維耦合高位讓均壓工況點(diǎn) ?安裝載荷 ?耦合和讓均壓裝置 ?耦合讓均壓工況點(diǎn)圖

1 引言

由于受一煤層開采應(yīng)力集中的影響，二煤層巷道支護(hù)一直是紅會(huì)四礦安全生產(chǎn)的一個(gè)難題。兩年來，捷馬公司和紅會(huì)礦共同開始巷道支護(hù)改革，采用了捷馬公司的耦合高位讓均壓支護(hù)技術(shù)，成功的解決了受一煤開采高支承壓力動(dòng)壓影響下的二煤4701回風(fēng)順槽的支護(hù)問題。

2 整體耦合高位讓均壓的理念

巷道錨桿（索）支護(hù)是按一定設(shè)計(jì)的間排距由數(shù)根錨桿（索）組成。由于沿巷道周邊變形大小不一，錨桿和錨索物理力學(xué)性質(zhì)和幾何尺寸不同，造成不同位置的錨桿（索）變形和載荷不同，為了達(dá)到充分發(fā)揮每根個(gè)體錨桿（索）的作用， 防止錨桿（索）早期破斷，達(dá)到共同支護(hù)圍巖的作用，個(gè)體支護(hù)體間也必須達(dá)到變形和受力耦合（均壓）。整體耦合定義為：個(gè)體支護(hù)體和圍巖間的耦合（讓壓）和支護(hù)體和支護(hù)體之間的耦合（均壓）。所以整體耦合包括以下幾方面的內(nèi)容：（1）錨桿系統(tǒng)和圍巖耦合：錨桿支護(hù)系統(tǒng)的支護(hù)強(qiáng)度和變形性能必須和圍巖耦合以達(dá)到圍巖的穩(wěn)定平衡。（2）錨索系統(tǒng)和圍巖耦合：同樣，錨索系統(tǒng)作為支護(hù)的一部分其變形性能必須和圍巖耦合以達(dá)到圍巖的穩(wěn)定平衡。（3）錨桿間的耦合：由于頂板和兩幫在不同位置的錨桿所經(jīng)受的位移和應(yīng)力過程不同，所以受力差別很大，這有可能造成受力大的錨桿首先破斷而把力傳替到臨近的錨桿造成錨桿順序分別破斷。（4）錨桿和錨索的耦合：錨桿和錨索間的變形耦合也非常重要。從支護(hù)體本身來講，錨桿和錨索存在著物理力學(xué)性質(zhì)和幾何尺寸的差別，這種差別如果在設(shè)計(jì)和使用過程中不當(dāng)，會(huì)引起錨桿或錨索由于變形協(xié)調(diào)不好造成受力不均甚至破斷。

3 耦合工況點(diǎn)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)和彈塑性力學(xué)解

根據(jù)彈塑性力學(xué)理論和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，巷道開挖后在巷道圍巖將變形破壞，在巷道圍巖將產(chǎn)生松散區(qū)，塑性變形區(qū)和彈性區(qū)。定性的分析這些區(qū)域的大小影響因素有利于建立合理的支護(hù)理念。定量的近似計(jì)算是確定錨桿（索）長(zhǎng)度的基礎(chǔ)。圖1為圍巖破壞變形后的分區(qū)示意圖。

（1）支護(hù)范圍（錨桿長(zhǎng)度）：在圍巖的切向應(yīng)力小于圍巖原巖應(yīng)力范圍內(nèi)，圍巖發(fā)生松散破壞。此區(qū)域成為松散區(qū)。松散區(qū)邊界上的切向應(yīng)力和原巖應(yīng)力相等，松散區(qū)內(nèi)部的應(yīng)力小于原巖應(yīng)力。錨桿的有效長(zhǎng)度必須大于松散區(qū)半徑。松散區(qū)半徑的大小和支護(hù)方式和支護(hù)強(qiáng)度密切相關(guān)，因此必須確定松散區(qū)半徑和支護(hù)強(qiáng)度的關(guān)系。（2）支護(hù)強(qiáng)度和錨桿的變形要求：根據(jù)彈塑性力學(xué)理論，巷道開挖后在巷道圍巖將產(chǎn)生松散區(qū)，塑性變形區(qū)和彈性區(qū)。支護(hù)系統(tǒng)將經(jīng)受圍巖的變形過程并在這過成中承載。 支護(hù)體的受力大小和允許圍巖變形關(guān)系密切。 過小的允許變形支護(hù)系統(tǒng)受力過大，而過大的允許變形又很難保證巷道圍巖的穩(wěn)定性。所以在巷道支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該在保證圍巖穩(wěn)定條件下，在合理支護(hù)強(qiáng)度下允許圍巖有一定變形。（3）安裝載荷：安裝載荷是主動(dòng)支護(hù)的源泉。適當(dāng)?shù)陌惭b載荷一方面可以改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)并在圍巖中形成主動(dòng)加固梁提高圍巖的自承能力。同時(shí)，安裝載荷可以改善錨桿支護(hù)系統(tǒng)的工作性能。合理安裝載荷的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)是圍巖支護(hù)的重要因素之一。

4 支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和支護(hù)效果

4.1 支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)的四維耦合高位讓均壓工況點(diǎn)，采用整體耦合高位讓均壓支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。采用Φ20×2400mm高強(qiáng)耦合高位讓均壓錨桿，最大抗拉強(qiáng)度大于23噸。錨桿安裝載荷不小于4噸。讓壓點(diǎn)為15噸。最大讓均壓距離35mm，間排距為800x1000，采用k2335×2樹脂錨固劑;輔助支護(hù)采用18.9X5000mm整體耦合讓均壓鳥窩錨索，錨索讓壓點(diǎn)載荷為25噸，讓均壓距離為40mm。巷道支護(hù)總體設(shè)計(jì)如圖2所示。

4.2 支護(hù)效果結(jié)論

4701回風(fēng)順槽掘進(jìn)后，已經(jīng)經(jīng)受了一煤層4602工作面長(zhǎng)壁回采底板支承壓力的影響?？傮w來講，巷道支護(hù)效果良好。礦壓觀測(cè)結(jié)果表明：頂?shù)装逡平科骄?0mm;兩幫移近平均200mm.錨桿最終載荷達(dá)到20噸左右，90%的耦合讓均壓裝置都在規(guī)定的噸位啟動(dòng)變形，充分起到了耦合高位讓均壓的作用; 錨索平均載荷達(dá)到了31噸，90%的耦合讓均壓裝置都在規(guī)定的噸位啟動(dòng)變形，充分起到了耦合高位讓均壓的作用，解決了錨索延伸率和錨桿不匹配的問題。在整個(gè)過程中，沒有錨桿（鎖）的破斷發(fā)生，巷道沒經(jīng)過任何翻修。整體耦合高位讓均壓作為一種新的支護(hù)理念在紅會(huì)四礦已經(jīng)得到了成功的應(yīng)用。解決了多煤層開采層間支承壓力影響下的支護(hù)問題。同時(shí)這種設(shè)計(jì)理念也適合在軟巖，大采深，高應(yīng)力等復(fù)雜地質(zhì)條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]王亞杰.深井高地壓、大變形圍巖巷道支護(hù)技術(shù)及錨桿設(shè)計(jì).礦支護(hù)，2008，（1）：8-18.

[2]王亞杰.孤島工作面順槽防沖耦合讓壓支護(hù)技術(shù)研究.錨桿支護(hù)，2012年第四期.endprint