受二次動壓影響大斷面巷道強(qiáng)力錨桿支護(hù)技術(shù)

1、文章編號：1672-5050（2010）06-0061-03受二次動壓影響大斷面巷道強(qiáng)力錨桿支護(hù)技術(shù)郜建國（山西焦煤集團(tuán)公司技術(shù)中心，山西太原030053）造成巷道圍巖變形、破壞嚴(yán)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(qiáng)烈采動影響，工程類比、理論分析及礦山壓力觀測相結(jié)合的研究方法，應(yīng)用強(qiáng)力錨桿、金屬網(wǎng)、結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際條件，采用現(xiàn)場調(diào)查、鋼帶及錨索對巷道進(jìn)行組合支護(hù)，有效地控制了巷道圍巖變形，實(shí)現(xiàn)了煤巷安全高效掘進(jìn)，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。關(guān)鍵詞：二次動壓；大斷面巷道；強(qiáng)力錨桿；支護(hù)中圖分類號：TD672文獻(xiàn)標(biāo)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(yùn)輸順槽，由于受到比較強(qiáng)烈的采動影響，造成巷道圍巖變形、破壞嚴(yán)重，需要多次維修與翻修，支護(hù)費(fèi)用高，安全得不到保證。原巷道采用一般的錨桿支護(hù)技術(shù)已不能滿足安全、生產(chǎn)的要求。本文結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際條件，采用現(xiàn)場調(diào)查、工程類比、理論分析及礦山壓力觀測相結(jié)合的研究方法，應(yīng)用強(qiáng)力錨桿、金屬網(wǎng)、鋼帶及錨索對巷道進(jìn)行組合支護(hù)，有效地控制了巷道圍巖變形，實(shí)現(xiàn)了煤巷安全高效掘進(jìn)，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。煤層直接底為深灰色砂質(zhì)泥巖，厚度為0.85m，普氏硬度f=3。老底為淺灰色粉砂巖與細(xì)砂巖互層，厚度為4.50m。該工作面地質(zhì)構(gòu)造簡單，煤層整體呈一向南傾斜的向斜構(gòu)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(jìn)和回采影響不大。巷道沒有進(jìn)行過原巖應(yīng)力測量，但從井下實(shí)際情況分析，巷道壓力較大，特別是構(gòu)造應(yīng)力有可能占主導(dǎo)地位。此外，該巷道要受到兩次強(qiáng)烈的采動影響，動壓影響劇烈。1.21.2.1巷道錨桿支護(hù)初始設(shè)計支護(hù)材料及施工機(jī)具a.支護(hù)材料。巷道設(shè)計選用了強(qiáng)力錨桿系列材料，包括強(qiáng)力錨桿桿體和附件，低粘度、高強(qiáng)度樹脂錨固劑，強(qiáng)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(qiáng)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(dá)311.6kN；對于直徑25mm達(dá)235

4、.6kN，的強(qiáng)力錨桿，屈服力達(dá)300kN以上，破斷力達(dá)400kN以上。b.施工機(jī)具。巷道頂板采用MQT-120型氣動錨桿（索）鉆機(jī)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(jī)打錨桿孔及攪拌樹脂錨固1.1支護(hù)方案巷道圍巖條件巷道斷面特性：南二盤區(qū)12211工作面運(yùn)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(jìn)。該工作面內(nèi)2號煤層與3號煤層合并，度為4.52m，普氏硬度f=2，煤層結(jié)構(gòu)為3.11（0.67夾石）0.74m，夾石為泥巖。煤質(zhì)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(xì)砂巖，質(zhì)較

5、硬，普氏硬度f=5，穩(wěn)定性差，屬復(fù)合頂板，厚度02.5m，偽頂為黑色泥巖，性脆，抗壓強(qiáng)度差，普氏硬度f=3，厚度為0.5m。老頂為灰白色粉砂巖，硅質(zhì)膠結(jié)，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(hù)技術(shù)研究及技術(shù)管理工作。61劑卷。錨桿預(yù)應(yīng)力應(yīng)達(dá)到桿體屈服強(qiáng)度的30%50錨桿的預(yù)擰緊力矩應(yīng)達(dá)到300%。根據(jù)換算關(guān)系，600Nm，因此，選用了高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力錨桿支護(hù)配套實(shí)現(xiàn)了高預(yù)應(yīng)的錨桿張拉器，額定張拉力達(dá)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(yù)緊力也明顯提高，選用了與強(qiáng)力錨索配套的錨索張拉設(shè)備。優(yōu)

6、選大扭矩預(yù)緊扳手，確定最大扭矩在30004000Nm的預(yù)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(hù)初始設(shè)計巷道原支護(hù)設(shè)計參數(shù)：頂板每排打設(shè)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(jìn)和支護(hù)兩大部分。掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)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(jìn)行修整。頂板支護(hù)的施工工藝流程為：掛鋼筋梯臨時支護(hù)鉆頂板中部錨桿孔、掛金屬網(wǎng)、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(hù)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(hù)一般落后于工作面一定距離和破煤運(yùn)煤平行作業(yè)，施工步驟與頂板支護(hù)基本相同。2.2礦壓觀測從2005年9月2007年10月在現(xiàn)場進(jìn)行了巷道圍巖變形觀測。a.監(jiān)測內(nèi)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(yīng)力集中，變形較嚴(yán)重。為了及時掌握并對比兩種支護(hù)形式下巷道的變形情況，在順槽內(nèi)140m900m之間共安設(shè)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(jié)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(yù)緊力強(qiáng)力錨桿支護(hù)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(qiáng)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(zhì)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(qiáng)錨桿支護(hù)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(zhì)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(shè)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(wǎng)護(hù)頂，巷幫采用塑料網(wǎng)護(hù)幫，并在采空區(qū)一側(cè)幫每1800mm打設(shè)一根錨索護(hù)幫，配合鋼筋托梁。經(jīng)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(qiáng)力錨桿錨索組合支護(hù)系統(tǒng)。a.頂板支護(hù)。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(qiáng)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(shè)角度為與垂線成15；網(wǎng)片規(guī)格：采用

10、金屬網(wǎng)護(hù)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(hù)。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(shè)角度為與

11、水平線成10；網(wǎng)片規(guī)格：采用金屬網(wǎng)護(hù)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(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析技術(shù)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(yù)緊力強(qiáng)力錨桿錨索支護(hù)系統(tǒng)，成功地對大斷面巷道進(jìn)行了支護(hù)。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(jìn)創(chuàng)造了非常有利的條件，取得了顯著的技術(shù)效果。3.2經(jīng)濟(jì)效益直接經(jīng)濟(jì)效益包括巷道支護(hù)材料費(fèi)用和巷道維護(hù)費(fèi)用。采用高預(yù)緊力強(qiáng)力錨桿錨索支護(hù)系統(tǒng)，支護(hù)材料費(fèi)用明顯低于原高強(qiáng)錨桿支護(hù)。同等條件下（巷道斷面規(guī)格及圍巖類別），錨桿支護(hù)材料費(fèi)用一

12、般可比原有錨桿支護(hù)材料費(fèi)用低10%20%。巷道斷面越大，高預(yù)緊力強(qiáng)力錨桿錨索支護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)越性越明顯。經(jīng)計算原設(shè)計支護(hù)形式每米材料費(fèi)為1891.06元，而采用強(qiáng)力錨桿支護(hù)形式每米材料費(fèi)每米節(jié)約支護(hù)材料費(fèi)用25.98元。巷為1865.08元，道維修費(fèi)用如按新掘支護(hù)材料費(fèi)用的50%計算，維修費(fèi)用則高達(dá)945.53元。然而，新的錨桿支護(hù)形式少打一根錨索，可提高巷道掘進(jìn)速度；采用高預(yù)緊力強(qiáng)力錨桿錨索系統(tǒng)進(jìn)行支護(hù)，巷道變形量非常采用高小，在服務(wù)年限內(nèi)基本不用維修。綜上所述，預(yù)緊力強(qiáng)力錨桿每米巷道節(jié)省費(fèi)用971.51元。間接經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在有利于礦井實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。煤巷采用高預(yù)緊力強(qiáng)力錨桿錨索支護(hù)系統(tǒng)后，不

13、僅改善了工作面順槽支護(hù)狀況，避免了動壓條件下巷道維修，為礦井工作面快速推進(jìn)創(chuàng)造了有利條件，減少了材料運(yùn)輸量。巷道掘進(jìn)速度仍保持在500m/月。工作面煤炭單產(chǎn)提高10%，年多產(chǎn)煤炭10余萬t。4結(jié)論針對屯蘭煤礦強(qiáng)烈動壓巷道條件，提出高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力錨桿支護(hù)理論。其顯著的特點(diǎn)是大幅度提高錨桿支護(hù)的剛度與強(qiáng)度，采用高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力錨桿支護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一次支護(hù)就能有效控制圍巖變形與破壞，避免二次支護(hù)和巷道維修。設(shè)計的原則是一次支護(hù)原則，避免多次維修；高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力“三高一低”原則（即高強(qiáng)度、高剛度、高擴(kuò)散原則；可靠性與低支護(hù)密度）；臨界支護(hù)強(qiáng)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(qiáng)烈動壓條件下

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