受二次動壓影響大斷面巷道強力錨桿支護技術

1、文章編號：1672-5050（2010）06-0061-03受二次動壓影響大斷面巷道強力錨桿支護技術郜建國（山西焦煤集團公司技術中心，山西太原030053）造成巷道圍巖變形、破壞嚴重的情況，摘要：針對12211軌道順槽受相鄰工作面和本工作面的強烈采動影響，工程類比、理論分析及礦山壓力觀測相結合的研究方法，應用強力錨桿、金屬網、結合現(xiàn)場實際條件，采用現(xiàn)場調查、鋼帶及錨索對巷道進行組合支護，有效地控制了巷道圍巖變形，實現(xiàn)了煤巷安全高效掘進，取得了顯著的技術經濟效益和社會效益。關鍵詞：二次動壓；大斷面巷道；強力錨桿；支護中圖分類號：TD672文獻標識碼：A屯蘭礦南二盤區(qū)受二次動壓影響的12211工作

2、面運輸順槽，由于受到比較強烈的采動影響，造成巷道圍巖變形、破壞嚴重，需要多次維修與翻修，支護費用高，安全得不到保證。原巷道采用一般的錨桿支護技術已不能滿足安全、生產的要求。本文結合現(xiàn)場實際條件，采用現(xiàn)場調查、工程類比、理論分析及礦山壓力觀測相結合的研究方法，應用強力錨桿、金屬網、鋼帶及錨索對巷道進行組合支護，有效地控制了巷道圍巖變形，實現(xiàn)了煤巷安全高效掘進，取得了顯著的技術經濟效益和社會效益。煤層直接底為深灰色砂質泥巖，厚度為0.85m，普氏硬度f=3。老底為淺灰色粉砂巖與細砂巖互層，厚度為4.50m。該工作面地質構造簡單，煤層整體呈一向南傾斜的向斜構造，向斜軸位于工作面中部，東翼傾角18，西

3、翼傾角15。有兩個小型斷層，斷層落差分別為2.0m和2.5m，都為正斷層，對掘進和回采影響不大。巷道沒有進行過原巖應力測量，但從井下實際情況分析，巷道壓力較大，特別是構造應力有可能占主導地位。此外，該巷道要受到兩次強烈的采動影響，動壓影響劇烈。1.21.2.1巷道錨桿支護初始設計支護材料及施工機具a.支護材料。巷道設計選用了強力錨桿系列材料，包括強力錨桿桿體和附件，低粘度、高強度樹脂錨固劑，強力W鋼帶。桿體為左旋無縱肋螺紋鋼筋，桿尾螺紋段采用滾壓工藝加工。強力錨桿是指桿體破斷力在300kN以上的錨桿。對于直徑22mm的BHRB600型鋼筋，屈服力破斷力達311.6kN；對于直徑25mm達235

4、.6kN，的強力錨桿，屈服力達300kN以上，破斷力達400kN以上。b.施工機具。巷道頂板采用MQT-120型氣動錨桿（索）鉆機打錨桿（索）孔及攪拌樹脂錨固劑卷；巷幫采用大扭矩氣動式鉆機打錨桿孔及攪拌樹脂錨固1.1支護方案巷道圍巖條件巷道斷面特性：南二盤區(qū)12211工作面運輸順槽斷面形狀為矩形，凈寬4.2m，凈高3.0m，凈斷面積12.6m2。圍巖條件：順槽布置在2號煤層中，沿煤頂掘平均厚進。該工作面內2號煤層與3號煤層合并，度為4.52m，普氏硬度f=2，煤層結構為3.11（0.67夾石）0.74m，夾石為泥巖。煤質為焦煤。煤層傾向南東，傾角18，平均傾角為3。煤層直接頂為灰色細砂巖，質較

5、硬，普氏硬度f=5，穩(wěn)定性差，屬復合頂板，厚度02.5m，偽頂為黑色泥巖，性脆，抗壓強度差，普氏硬度f=3，厚度為0.5m。老頂為灰白色粉砂巖，硅質膠結，厚度為5.70m。收稿日期：2010-03-16作者簡介：郜建國（1963），男，山西長治人，采煤工程師，從事煤礦支護技術研究及技術管理工作。61劑卷。錨桿預應力應達到桿體屈服強度的30%50錨桿的預擰緊力矩應達到300%。根據(jù)換算關系，600Nm，因此，選用了高預應力、強力錨桿支護配套實現(xiàn)了高預應的錨桿張拉器，額定張拉力達120kN，力。此外，由于錨索直徑和噸位的大幅度提高，要求施加的預緊力也明顯提高，選用了與強力錨索配套的錨索張拉設備。優(yōu)

6、選大扭矩預緊扳手，確定最大扭矩在30004000Nm的預緊扳手能夠滿足錨桿螺母安裝扭矩500800Nm的需要。1.2.2錨桿支護初始設計巷道原支護設計參數(shù)：頂板每排打設5根2.1井下施工和礦壓監(jiān)測井下施工工藝施工工藝包括掘進和支護兩大部分。掘進機掘進流程是：先從左上幫定位切割煤幫，直至底板。然后從左到右，從下向上切割破碎中間部分，再切割右?guī)?，最后將巷道輪廓進行修整。頂板支護的施工工藝流程為：掛鋼筋梯臨時支護鉆頂板中部錨桿孔、掛金屬網、清孔安裝錨桿、擰緊螺母鉆頂板中旁錨桿孔、清孔安裝錨桿、擰緊螺母臨時支護改位鉆頂板邊錨桿孔、清孔安裝錨桿、擰緊螺母鉆頂板邊斜（角）錨桿孔、清孔安裝錨桿、擰緊螺母。兩

7、幫的錨桿支護一般落后于工作面一定距離和破煤運煤平行作業(yè)，施工步驟與頂板支護基本相同。2.2礦壓觀測從2005年9月2007年10月在現(xiàn)場進行了巷道圍巖變形觀測。a.監(jiān)測內容。12211軌道順槽受相鄰工作面和本工作面的采動影響，圍巖應力集中，變形較嚴重。為了及時掌握并對比兩種支護形式下巷道的變形情況，在順槽內140m900m之間共安設12組測站，每組測站包括一個在線頂板離層儀和一組表面位移測站。b.監(jiān)測結果。在巷道前700m，測得頂板下沉量兩幫位移量在101487mm在166257mm之間，之間，巷道頂板和兩幫都有較大變形；在巷道700m往后，測得頂板下沉量在1085mm之間，兩幫位移量在731

8、06mm之間，巷道頂板和兩幫變形基巷道保持穩(wěn)定。本都在100mm左右，從以上礦壓觀測數(shù)據(jù)可以看出，高預緊力強力錨桿支護頂板不但控制了頂板的變形，還有效地控制了巷道兩幫的強烈變形。巷道兩幫收斂量在最大時為106mm，為巷道寬度的2.4%；在地質條件較好區(qū)段，巷道兩幫收斂量為73mm，為巷道寬度的1.6%；而采用的普通高強錨桿支護頂板時，巷道兩幫收為巷道寬度的10.8%；在斂量在最大時為487mm，地質條件較好的區(qū)段，巷道兩幫收斂為101mm，為巷道寬度的2.3%。202400mm的錨桿，錨桿排距為900mm；巷幫每排打設6根182400mm的錨桿。每1800m頂板布置三排錨索。頂板采用鋼筋托梁和

9、金屬網護頂，巷幫采用塑料網護幫，并在采空區(qū)一側幫每1800mm打設一根錨索護幫，配合鋼筋托梁。經計算及數(shù)值分析，確定屯蘭礦12211軌道順槽采用樹脂加長錨固強力錨桿錨索組合支護系統(tǒng)。a.頂板支護。錨桿形式和規(guī)格：桿體為25號左桿尾螺紋為M27；旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2.4m，錨固方式：樹脂全長錨固，采用三支錨固劑，一支規(guī)格為K2835型，二支規(guī)格為Z2860型。鉆孔直徑為34mm，錨固長度為1200mm；W鋼帶規(guī)格：W鋼帶寬度250mm，厚度5mm，長度3.8m；托板：采用拱型高強度托盤，托板規(guī)格為150mm150mm12mm；錨桿角度：靠近巷幫的頂板錨桿安設角度為與垂線成15；網片規(guī)格：采用

10、金屬網護頂；錨桿布每排4根錨桿，間距1.2m；錨置：錨桿排距1.0m，索：單根鋼絞線，17.8mm，長度6.3m，加長錨固，采用三支錨固劑，一支規(guī)格為K2335，兩支規(guī)格為Z2360。錨索每排1根，排距為2.0m；錨索托板：采用規(guī)格為300mm300mm16mm的鋼板。b.巷幫支護。錨桿形式和規(guī)格：桿體為22號左桿尾螺紋為M24；旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2.2m，錨固方式：樹脂加長錨固，采用兩支錨固劑，一支規(guī)格為K2335型，另一支規(guī)格為Z2360型。鉆孔直徑為30mm，錨固長度為1200mm；W鋼帶規(guī)格：W鋼厚度3mm，長度2.6m；錨桿角度：帶寬度250mm，靠近頂?shù)装宓南飵湾^桿安設角度為與

11、水平線成10；網片規(guī)格：采用金屬網護幫；錨桿布置：錨桿排距1.0m，每排3根錨桿，間距1.2m。6233.1技術經濟效益分析技術效果12211工作面軌道順槽采用北京開采所最新研制開發(fā)的高預緊力強力錨桿錨索支護系統(tǒng)，成功地對大斷面巷道進行了支護。在錨桿排距放大到1000mm，間距放大到1200mm的情況下，巷道頂板和兩幫變形量顯著減小，并處于穩(wěn)定狀態(tài)，為工作面正常推進創(chuàng)造了非常有利的條件，取得了顯著的技術效果。3.2經濟效益直接經濟效益包括巷道支護材料費用和巷道維護費用。采用高預緊力強力錨桿錨索支護系統(tǒng)，支護材料費用明顯低于原高強錨桿支護。同等條件下（巷道斷面規(guī)格及圍巖類別），錨桿支護材料費用一

12、般可比原有錨桿支護材料費用低10%20%。巷道斷面越大，高預緊力強力錨桿錨索支護系統(tǒng)的優(yōu)越性越明顯。經計算原設計支護形式每米材料費為1891.06元，而采用強力錨桿支護形式每米材料費每米節(jié)約支護材料費用25.98元。巷為1865.08元，道維修費用如按新掘支護材料費用的50%計算，維修費用則高達945.53元。然而，新的錨桿支護形式少打一根錨索，可提高巷道掘進速度；采用高預緊力強力錨桿錨索系統(tǒng)進行支護，巷道變形量非常采用高小，在服務年限內基本不用維修。綜上所述，預緊力強力錨桿每米巷道節(jié)省費用971.51元。間接經濟效益主要體現(xiàn)在有利于礦井實現(xiàn)高產高效。煤巷采用高預緊力強力錨桿錨索支護系統(tǒng)后，不

13、僅改善了工作面順槽支護狀況，避免了動壓條件下巷道維修，為礦井工作面快速推進創(chuàng)造了有利條件，減少了材料運輸量。巷道掘進速度仍保持在500m/月。工作面煤炭單產提高10%，年多產煤炭10余萬t。4結論針對屯蘭煤礦強烈動壓巷道條件，提出高預應力、強力錨桿支護理論。其顯著的特點是大幅度提高錨桿支護的剛度與強度，采用高預應力、強力錨桿支護系統(tǒng)，實現(xiàn)一次支護就能有效控制圍巖變形與破壞，避免二次支護和巷道維修。設計的原則是一次支護原則，避免多次維修；高預應力和預應力“三高一低”原則（即高強度、高剛度、高擴散原則；可靠性與低支護密度）；臨界支護強度與剛度原則及相互匹配原則。是一種非常適合屯蘭煤礦強烈動壓條件下

14、巷道圍巖條件的支護系統(tǒng)。采用最新研制的支護材料。強力錨桿專用鋼材左旋無縱筋螺紋鋼，并專門配鋼，達到超高強屈服強度為620MPa，度級別。鋼的牌號BHRB600，破斷強度為800MPa。達到合理科學的匹配。同時，使用了18.6mm的強力錨索及其配套的施工設延伸率可達4.5%。備，其中錨索的破斷力可達40t，井下試驗證明，高預應力、強力錨桿錨索支護系統(tǒng)控制圍巖變形能力強，在臨近采空區(qū)還沒有穩(wěn)定的情況下掘進巷道，有效地控制了圍巖強烈變形，巷道兩幫收斂量控制在300mm以內，為巷道寬度的6.7%左右。同時頂板總離層量控制在50mm以內，支護效果理想；而采用普通高強錨桿支護頂板時，巷道兩幫收斂量在最大時

15、為487mm，為巷道寬度的10.8%。StrengthBoltSupportingTechnologyinLarge-sectionRoadwayundertheSecondaryDynamicPressureGAOJian-guo（TechnologyCenterofShanxiCokingCoalGroup,TaiyuanShanxi030053,China）Abstract:No.12211tracktransportationtunnelsuffersthesevereminingeffectsfromitsownanditsadjacentworkingfaces,sodeformationofsurroundingrocksandseveredestructionarecaused.Ontheba-sisofactualcondition,thestudyadoptscomprehensiveresearchmethods,including:fieldsurvey,engi-neeringanalogy,theoreticalanalysisandpressureobserving.Theintegratedsupportingwith