王振宇1
1.中天合创能源有限责任公司煤炭分公司 葫芦素煤矿 内蒙古鄂尔多斯 017399
摘要：为了解决葫芦素煤矿综采面回采巷道顶板垮落步距大、端头大面积悬顶的问题，通过理论计算推导得出锚杆（索）支护解除后上覆岩层的弯曲正应力是未解除时的3倍，支护解除后上覆岩层更容易破断。采用数值模拟软件对21103综采面回采期间巷道支护解除前后进行对比分析，得出：未解除支护时巷道顶板垮落步距是20m，支护解除后垮落步距是9 m。并在21103综采面进行了工程实践，结果表明：支护解除后，回采巷道直接顶垮落步距比未采取措施前减小了6-10m，并且退锚回收的材料，部分经处理后可以进行再利用，避免了支护材料的浪费。
关键词：垮落步距；支护解除；上覆岩层；工程实践
Research on the Mechanism and Application of Roof Support Release
in Fully-Mechanized Mining Roadway
WANG Zhen-yu1
（1. ZTHC ENERGY limited liability company of Coal branch hulusu coalmine，Inner Mongolia erdos 017000）
Abstract：In order to solve large caving step distance of the roof in fully-mechanized mining roadway and a large area face end hanging roof，it is deduced that the bending normal stress of the overlying strata after the bolt（cable）support is lifted is 3 times of that when it is not released by theoretical calculations，the overlying strata will be more likely to break after support release.Numerical simulation software is used to compare and analyze the Support before and after the lifting in fully-mechanized mining roadway，concluded that：caving step distance is 20m when the roadway is not lifted，and 9m when the roadway is lifted. Engineering practice was carried out in 21103 fully-mechanized mining，the results shows：After the support was lifted，the caving step distance of the direct top of the mining roadway was reduced by 6-10m than before the measures were taken，And the materials recovered from the back-anchor can be reused after being partially treated to avoid the waste of supporting materials.
Keywords：caving step distance；support released；the overlying strata；engineering practice
随着采矿工程的发展，锚杆索联合支护技术作为巷道围岩控制领域的最简单、有效的手段，无论在材质、材料强度及支护参数上都有了极大的改进，减小了后期巷道维护工程量。随着工作面推进，锚杆（索）已完成了最初的功用，但由于锚杆的组合锚固及锚索的悬吊作用，造成综采回采巷道顶板不能及时垮落，工作面上下端头直接顶大面积的悬顶。
针对支护解除技术，国内部分学者对其进行了理论研究[1-4]，并成功将研究成果应用于现场实践中。张庆云，王利京，李丹波等[5-7]学者对退锚器原理进行了研究，从而研制出了更为简单实用的退锚工具。
1支护解除理论分析
1.1支护解除机理分析
回采巷道顶板由于锚杆（索）的组合及悬吊作用，造成回采巷道顶板在工作面回采后不能及时垮落，形成悬顶，对采面通风安全形成严重隐患；锚杆（索）支护解除后，巷道顶板失去加固，更容易随采动而冒落，不留回风死角，从而避免瓦斯等有毒有害气体聚集的情况发生[8]。因此，在锚杆和锚索完成巷道支护功能后对其实施支护解除十分必要。
锚杆（索）支护解除后，锚杆（索）失去悬吊和组合梁作用，巷道顶板岩层受力状态发生改变，有利于巷道顶板的破坏垮落。
1.2支护解除对回采巷道上覆岩层稳定性影响分析
假设巷道上覆岩层的厚度分别为h1、h2、h3……、hn，巷宽为2a，顶板分布均布载荷为q，假设梁宽为b=1，锚杆（索）支护将上覆岩层n个分层组合形成整体的梁，根据材料力学相关理论可知，假设巷道上覆岩层各分层弹性模量相同，锚杆（索）支护形成的梁中部的最大弯曲应力[9]求解如下：
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锚杆（索）解除后的弯曲正应力是未解除时的3倍，正常情况下，岩层抗拉强度远小于抗压强度，所以支护解除后岩层更容易下沉破断。
2 数值模拟分析
采用FLAC数值分析软件对葫芦素煤矿21103综采面回采期间两巷支护解除与未解除两种状态进行模拟对比分析。如表1为21103工作面煤层顶底板岩石物理力学性能参数表。
表1 煤层顶底板岩石及其特征描述
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如图1与图2，分别模拟支护未解除情况下工作面推进5m、10m、15m、20m、25m情况下，工作面两巷顶板垮落情况。对比支护解除情况下工作面推进5m、6m、7m、8m、9m、10m，工作面两巷顶板垮落情况。
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（e）工作面推进25m
图1 未解除支护情况下工作面推进过程中两巷顶板垮落情况
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（e）工作面推进9m （f）工作面推进10m
图2 解除支护情况下工作面推进过程中两巷顶板垮落情况
根据模拟结果分析可得：在未解除支护的情况下，顶板垮落步距是20m；在支护解除的情况下，顶板垮落步距是9 m。
3 工程实践
3.1 工程概况
葫芦素煤矿21103工作面为2-1煤东翼一盘区第2个采面，工作面沿煤层顶板布置有为辅运巷、运输巷、回风巷3条巷道。矩形布置，巷道断面（宽*高）为5.4*2.8m，工作面煤层厚度为1.8～2.97m，平均厚度2.54m。巷道采用φ20*2200mm螺纹钢锚杆、φ17.8*6200mm锚索（7股钢绞线）支护，
21102工作面回采期间，由于受到采动影响，两巷顶底板变形严重，为保证行人、通风及施工断面，在21103工作面回采前，采用φ21.8*8200mm（19股钢绞线）对巷道重新进行了补强锚索支护。
由于前期运输巷、回风巷两回采巷道支护强度高，导致在工作面在推进过程中，两巷不能及时垮落，最大垮落步距达到28m。因此，在21103工作面两巷进行锚杆（索）支护解除技术实践。
3.2 锚杆（索）支护解除工艺
锚索通过索具外套和内锁片与锚索三者的共同作用完成对顶板的预紧作用，且锁具内锁片有内螺纹，可以增加它与锚索钢绞线的摩擦系数。与随着巷道顶板的下沉，锚索的锚固力越来越大。须采用专用的退锚环对锁具外套施加一个向上的作用力，使其与锁片失去相互作用，这样锁片就能从专用退锚环的下口脱落，即退锚索成功。
锚杆通过螺母与螺纹杆的螺纹耦合作用对顶板施加作用力。采用手动打压液压剪将螺母及杆尾同时剪下，即可达到退锚效果。
在21103施工退锚作业时，要求2人配合作业，一人在液压支架防护下操作手动打压泵，一人操作张拉千斤顶或是液压剪。施工工艺：安全绳挂在需要退锚的锚杆（索）处-人工将退锚环、张拉千斤顶或液压剪套入锚杆（索）尾部-顶至锚索锁具、锚杆螺母处-手动打压2-3下，确保工具不会从锚杆（索）上脱落-人员退至液压支架防护下-手动打压，直至锚索锁片脱落或锚杆被剪断。
3.3 支护解除后效果分析
21103工作面回采巷道采取了支护解除后，工作面两端头直接顶垮落步距比未采取支护解除前减小了6-10m，并且退锚回收的旧托盘、锁具以及损坏的钢材，部分经处理后可以进行再利用，避免了支护材料的浪费。
4 结论
（1）锚杆（索）支护解除后，锚杆（索）失去悬吊和组合梁作用，巷道上覆岩层受力状态发生改变，有利于巷道顶板的破坏垮落。
（2）支护解除对巷道上覆岩层稳定性影响较大，经理论计算得出锚杆（索）解除后的上覆岩层的弯曲正应力是未解除时的3倍，所以同一地质条件下支护解除后上覆岩层更容易破断。
（3）对葫芦素煤矿21103综采面回采期间巷道顶板支护解除前后顶板的变形垮落规律进行对比数值模拟分析，得出在未解除支护的情况下，顶板垮落步距是20m，在支护解除的情况下，顶板垮落步距是9 m。
（4）在21103工作面回采巷道进行了支护解除工程实践，回采巷道直接顶垮落步距比未采取支护解除前减小了6-10m，并且退锚回收的材料，部分经处理后可以进行再利用，避免了支护材料的浪费。
参考文献：
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[3]李冲，徐金海，吴锐，董健涛.综放工作面回采巷道锚杆支护解除机理与实践[J].煤炭学报，2011，36（12）：2018-2023.
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[9]王强. 漳村煤矿放顶煤回采巷道锚杆支护解除机理与技术研究[D].中国矿业大学.2010.
作者简介：王振宇（1991-），男，内蒙古鄂尔多斯，助理工程师，毕业于中国矿业大学。
论文作者:王振宇1
论文发表刊物:《防护工程》2019年19期
论文发表时间:2020/2/27
标签：巷道论文; 顶板论文; 工作面论文; 岩层论文; 锚杆论文; 情况下论文; 组合论文; 《防护工程》2019年19期论文;